RTOS и GPOS:полное руководство

В эту современную эпоху мы видели множество программных и аппаратных решений, для которых требуется операционная система. Операционные системы помогают этим устройствам работать бесперебойно и выполнять множество различных задач. Однако, как энтузиасту электроники, вам, скорее всего, потребуется больше информации о том, какой тип операционной системы вам нужен для вашего проекта. К счастью, у нас есть то, что вам нужно. В этой статье вы найдете все об RTOS и GPOS, их сравнении и различных типах приложений. Кроме того, если вы просто хотите узнать больше об этих операционных системах, вы обратились по адресу.

Готовый? Начнем.

Операционные системы общего назначения (GPOS)

GPOS — это операционная система, которая может управлять большим количеством процессов и выполнять выполнение в единицу времени, что нам нравится называть пропускной способностью. Иногда ОС общего назначения откладывала выполнение потока с высоким приоритетом, чтобы выполнить пять или шесть процессов с низким приоритетом.

Компьютерная рабочая станция

Таким образом, для достижения необходимой высокой пропускной способности он будет обслуживать пять задач с низким приоритетом, а не выполнять один процесс с высоким приоритетом. Другими словами, если несколько задач с низким приоритетом поставлены в очередь на выполнение, GPOS разрешит выполнение этих задач в первую очередь, чтобы поддерживать высокую пропускную способность.

Теперь большинство операционных систем общего назначения используют политику равнодоступности для переноса процессов и потоков на ЦП.

Кроме того, эта политика позволяет GPOS обеспечивать высокую производительность, необходимую для эффективной работы настольных и серверных приложений.

Но он не может гарантировать, что задача с высоким приоритетом или критичные ко времени потоки будут выполняться раньше потоков с низким приоритетом. Таким образом, универсальная операционная система лучше работает на устройствах, выполняющих несколько задач одновременно.

Персональный компьютер (ПК)

Операционная система реального времени (RTOS)

С другой стороны, RTOS имеет конструкцию, которая с высокой точностью обрабатывает критичные ко времени приложения. Чтобы операционная система подпадала под эту категорию, она должна иметь максимальный период времени для каждой выполняемой ею критической операции. Другими словами, это ограниченная по времени система.

Операционная система реального времени довольно сложна. Но не волнуйтесь, мы разберем его для вас. ОСРВ имеет три основные функции:планировщик, службы ОСРВ, синхронизация и обмен сообщениями.

Планировщик

Планировщик имеет три состояния:первое состояние готово к выполнению, которое применяется к готовой задаче, которая при необходимости может переключиться в состояние выполнения. Во-вторых, это состояние выполнения, которое применяется к моменту выполнения задачи. Наконец, заблокированное состояние — это когда задача не может быть запущена и переводится в заблокированное состояние.

Кроме того, существует три типа методов планирования:

Превентивный метод планирования задач/планирование на основе приоритета

Метод упреждающего планирования включает распределение времени в зависимости от приоритета. Здесь вы можете назначить уникальный уровень приоритета для каждой задачи.

Совместное планирование

Здесь вы можете назначить фиксированный слот для каждой задачи. Однако если задача не завершит свое выполнение, она потеряет сгенерированные данные и будет ждать следующего хода.

Наконец, ядро ​​заботится о создании задачи, изменении ее приоритета, изменении состояния задачи и удалении задачи.

Службы ОСРВ

В основе каждой операционной системы лежит ядро. Ядро отвечает за управление и распределение ресурсов операционной системы. Однако задачи не всегда могут привлечь внимание ЦП, поэтому ядро ​​должно предоставлять другие службы, такие как службы времени, службы ввода-вывода, службы обработки прерываний, службы управления памятью и службы управления устройствами.

Диаграмма ядра

Обмен сообщениями и синхронизация

Функциональность обмена сообщениями позволяет ОСРВ обмениваться данными с другими системами между задачами. Службы обмена сообщениями включают почтовые ящики, каналы, очереди сообщений, флаги событий и семафоры.

Почтовые ящики, очереди сообщений и каналы могут отправлять сообщения между задачами, а флаги событий могут синхронизировать все действия между задачами. Кроме того, семафоры могут синхронизировать доступ к общим ресурсам.

RTOS (операционные системы реального времени) и GPOS (операционные системы общего назначения)

Основное различие между RTOS и GPOS заключается в характере приложения (критичное по времени или нет, одноцелевое или многоцелевое). Хорошим примером критичной ко времени системы является банкомат. Человек будет ждать 4 или 5 секунд, чтобы получить деньги в банкомате после нажатия кнопки подтверждения. Никто не хотел бы ждать пять минут после нажатия кнопки подтверждения.

банкомат

С другой стороны, у ПК есть несколько целей, что делает его системой, которая не критична ко времени. Вы можете запускать различные приложения одновременно с ПК. Кроме того, нет особого времени, чтобы что-то делать на ПК и даже на смартфоне. Например, в некоторых случаях сохранение документа может занять секунды или минуты. Но это зависит от количества запущенных процессов и задач.

Смартфон

Таким образом, операционная система общего назначения подходит для некритичных по времени приложений и систем, таких как Linux, Windows и т. д.

Система Linux

В то время как операционные системы реального времени работают с критичными по времени приложениями, требующими быстрых и предсказуемых ответов, таких как UCOS, VxWorks и т. д.

Вот категории для дальнейшего объяснения различий между двумя операционными системами:

Планирование задач

В категории планирования задач GPOS не фокусируется на приоритете. Он обрабатывает планирование таким образом, чтобы обеспечить высокую пропускную способность. В то время как в случае RTOS планирование всегда ориентировано на приоритет. В отличие от GPOS, все процессы с высоким приоритетом выполняются перед любой задачей с низким приоритетом.

Окна

Проблемы с задержкой

Вот одна из основных проблем, с которыми сталкивается GPOS. Большинство GPOS имеют неограниченную задержку отправки — это означает, что чем больше потоков планируется, тем больше задержек. В RTOS таких проблем нет, поскольку все потоки и процессы имеют ограниченные задержки (потоки будут выполняться в течение установленного срока).

Экономические и аппаратные факторы

RTOS работает для автономных и недорогих систем, таких как торговый автомат или банкомат. Кроме того, RTOS компактнее и легче по сравнению с GPOS. Кроме того, GPOS работает для общих целей и устройств высокого класса, таких как рабочие станции или персональные компьютеры.

Устройства высокого класса

Выгружаемое ядро

Одной из основных проблем, когда дело доходит до выполнения высокоприоритетных процессов в первую очередь, является вытесняемое ядро. Итак, если ядро ​​не является вытесняемым, то запрос от этого ядра немедленно переопределит все другие запущенные процессы. В то время как ядро ​​RTOS является вытесняемым, ядро ​​GPOS — нет.

Другими словами, выполнение процесса с высоким приоритетом в GPOS не может вытеснить вызов ядра, в то время как процессы с высоким приоритетом в RTOS всегда будут при необходимости вытеснять задачу с низким приоритетом и рассматривать задачи вне вызова ядра как внешние. процессы.

ОСРВ против GPOS– Оценка и выбор ОСРВ для разработки встраиваемых продуктов

Прежде чем оценивать встроенную ОСРВ, которая соответствует всем требованиям встроенных систем, убедитесь, что будущая ОСРВ поддерживает некоторые важные функции.

Чтобы упростить вам задачу, вот краткое описание этих важнейших функций:

ОСРВ против GPOS– Планировщики

Планировщики операционных систем решают, в какое время ОС должна выполнять каждую задачу. Планировщики могут приостанавливать и возобновлять любую задачу в зависимости от доступных ресурсов и приоритета. Таким образом, встроенная RTOS должна иметь встроенный планировщик. Это позволит RTOS выполнять задачи в режиме реального времени.

Программные таймеры

Как следует из названия, программные таймеры позволяют выполнять функции в течение заданного временного окна. Создавать программный таймер для вашей ОСРВ вручную непросто и нецелесообразно, поэтому убедитесь, что вы выбрали ОСРВ со встроенным программным таймером.

ОСРВ против GPOS– Механизм организации очереди

Очереди позволяют задачам обмениваться информацией. ОСРВ со встроенным механизмом очередей позволит обмениваться сообщениями между задачами.

Электронные инструменты трассировки выполнения

С помощью инструмента трассировки вы можете легко наблюдать за поведением систем реального времени в реальном времени. Таким образом, ваша команда разработчиков может отслеживать и обнаруживать любые ошибки и выполнение задач.

RTOS и GPOS — малый объем памяти

Поскольку вам необходимо интегрировать ОСРВ в платформу микроконтроллера, предполагаемая ОСРВ должна иметь небольшой объем памяти. Это означает, что общий размер не должен превышать 10% от общего размера MCU.

Архитектура ОСРВ

Подведение итогов

Короче говоря, и RTOS, и GPOS хорошо работают в приложениях, созданных для них. Хотя RTOP может обеспечивать меньшую пропускную способность, чем GPOS, это не означает, что его пропускная способность низкая.

В то время как GPOS обрабатывает много тяжелых процессов, RTOP обрабатывает меньше задач с пропускной способностью по сравнению с нагрузкой на систему.

Однако главная задача RTOS — обеспечить более предсказуемый шаблон выполнения и своевременное выполнение, а не высокую пропускную способность. Однако в случае с GPOS дело обстоит наоборот. Что ж, на этом все о GPOS и RTOS заканчивается. Если у вас есть какие-либо комментарии или вопросы, не стесняйтесь обращаться к нам. Будем рады помочь.