ما هو نظام التشغيل في الوقت الحقيقي (RTOS) وكيف يعمل؟

ما هو نظام التشغيل في الوقت الحقيقي (RTOS) وكيف يعمل؟

عندما نسمع كلمة نظام التشغيل ، يأتي أولاً في أذهاننا نظام التشغيل المستخدم في أجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكمبيوتر. بشكل عام ، نستخدم أنواعًا مختلفة من أنظمة التشغيل مثل windows XP و Linux و Ubuntu و Windows 7،8.8.1 و 10. في الهواتف الذكية ، أنظمة التشغيل مثل KitKat و Jellybean و marshmallow و Nougat. في الجهاز الإلكتروني الرقمي ، يوجد نوع من أنظمة التشغيل تم تطويره بواسطة برنامج الميكروكونترولر . يوجد أنواع مختلفة من أنظمة التشغيل لتطوير وحدة التحكم الدقيقة ، ولكن هنا ناقشنا نظام التشغيل في الوقت الفعلي.



ما هو نظام التشغيل في الوقت الحقيقي؟

إن RTOS هو نظام تشغيل ، إنه عقل لنظام الوقت الحقيقي واستجابته للمدخلات على الفور. في نظام RTOS ، ستكتمل المهمة في الوقت المحدد واستجاباتها بطريقة يمكن التنبؤ بها للأحداث غير المتوقعة. يتم عرض هيكل RTOS أدناه.


هيكل RTOS

هيكل RTOS





أنواع RTOS

هناك ثلاثة أنواع مختلفة من RTOS التالية

  • نظام تشغيل ناعم في الوقت الحقيقي
  • نظام تشغيل صعب في الوقت الحقيقي
  • نظام تشغيل ثابت في الوقت الحقيقي
أنواع RTOS

أنواع RTOS



نظام تشغيل ناعم في الوقت الحقيقي

يحتوي نظام التشغيل في الوقت الفعلي الناعم على مواعيد نهائية معينة ، وقد يتم تفويتها وسيتخذون الإجراء في وقت t = 0 +. نظام التشغيل في الوقت الفعلي الناعم هو نوع من أنظمة التشغيل ولا يحتوي على قواعد صارمة. تأخر الوقت الحرج لنظام التشغيل هذا إلى حد ما. أمثلة نظام التشغيل هذا هي الكاميرا الرقمية والهواتف المحمولة والبيانات عبر الإنترنت وما إلى ذلك.

نظام تشغيل ناعم في الوقت الحقيقي

نظام تشغيل ناعم في الوقت الحقيقي

نظام تشغيل صعب في الوقت الحقيقي

هذا أيضًا نوع من أنظمة التشغيل ويتم توقعه بحلول موعد نهائي. سوف تتفاعل المواعيد النهائية المتوقعة في الوقت t = 0. بعض الأمثلة على نظام التشغيل هذا هي التحكم في الأكياس الهوائية في السيارات ، والفرامل المانعة للانغلاق ، ونظام التحكم في المحرك ، إلخ.

نظام تشغيل ثابت في الوقت الحقيقي

في الوقت الفعلي للشركة ، يكون لنظام التشغيل قيود زمنية معينة ، فهي ليست صارمة وقد تسبب تأثيرات غير مرغوب فيها. ومن أمثلة نظام التشغيل هذا الفحص البصري في الأتمتة الصناعية.


العمل مع نظام التشغيل في الوقت الحقيقي

هناك أنواع مختلفة من الوظائف الأساسية التي يتبعها نظام RTOS

  • جدولة على أساس الأولوية
  • روتين مقاطعة ساعة النظام
  • السلوك الحتمي
  • التزامن والمراسلة
  • خدمة RTOS

جدولة على أساس الأولوية

في الجدولة القائمة على الأولوية ، تقع معظم RTOS بين 32 و 256 أولوية محتملة للمهام أو العمليات الفردية. سيقوم هذا المجدول بتشغيل العملية بأعلى أولوية. إذا كانت المهمة تعمل على وحدة المعالجة المركزية ، فسيتم تشغيل المهمة التالية ذات الأولوية القصوى واستمرار العمليات.

في النظام ، سيكون للعملية ذات الأولوية القصوى وحدة المعالجة المركزية

  • يتم تشغيله ليغلق
  • إذا تم استباق المهمة الأصلية بواسطة المهمة الجديدة ، فستكون العملية ذات الأولوية العالية جاهزة.

هناك ثلاث حالات للمهام أو العمليات التي تبدو جاهزة للتشغيل والأخرى محظورة ويتم وصف كل حالة أدناه.

جاهز للتشغيل

يقال إن الجاهزية للتشغيل تكون عندما تحتوي العملية على جميع الموارد للتشغيل ، ولكن لا ينبغي أن تكون في حالة التشغيل. ثم يطلق عليه على أنه جاهز للتشغيل.

ادارة

إذا كانت المهمة قيد التنفيذ ، فيُقال إن لديها حالة تشغيل.

ممنوع

في هذه الحالة ، إذا لم يكن لديها الموارد الكافية للتشغيل ، فسيتم إرسالها إلى الحالة المحظورة.

تم تعديل ثلاث تقنيات لجدولة المهمة ، وهناك ما يلي مع وصفها.

الجدولة التعاونية

في هذا النوع من الجدولة ، سيتم تشغيل المهمة حتى اكتمال التنفيذ

جدولة روبن الجولة

في هذا الجدولة ، يتم تعيين فترة زمنية ثابتة لكل عملية وتحتاج العملية إلى إكمال تنفيذها وإلا تفقد المهمة تدفقها وتوليد البيانات.

جدولة وقائية

تتضمن الجدولة الوقائية أولوية تخصيص الوقت المعتمد على الوقت. بشكل عام يتم استخدام 256 مستوى أولوية ولكل مهمة مستوى أولوية فريد. هناك بعض الأنظمة التي تدعم مستوى الأولوية الأكبر والمهام المتعددة لها بعض الأولويات.

روتين مقاطعة ساعة النظام

لأداء العملية الحساسة للوقت ، سيوفر نظام RTOS نوعًا من ساعات النظام. إذا كانت هناك ساعة نظام تبلغ 1 مللي ثانية ، فعليك إكمال المهمة في 50 مللي ثانية. عادة ، هناك واجهة برمجة تطبيقات تتبعك لتقول 'في 50 مللي ثانية أيقظني'. ومن ثم ستكون المهمة في وضع السكون حتى يستيقظ RTOS. لدينا إشعاران بأن التنبيه لن يضمن التشغيل بالضبط في ذلك الوقت ، فهذا يعتمد على الأولوية وإذا كانت الأولوية الأعلى قيد التشغيل حاليًا ، فسيتم تأخيرها.

السلوك الحتمي

ينتقل نظام RTOS إلى طول كبير لحماية أنه سواء كنت قد أنجزت 100 مهمة أو 10 مهام ، فلن يحدث أي فرق في المسافة لتبديل السياق ويحدد المهمة التالية ذات الأولوية القصوى. في المنطقة الرئيسية الحتمية ، يكون RTOS هو معالجة المقاطعة ، عندما يتم إرسال إشارة إلى خط المقاطعة ، تتخذ RTOS على الفور إجراء خدمة المقاطعة الصحيحة ويتم التعامل مع المقاطعة دون أي تأخير.

علينا أن نعلن أن مطوري المشروع سيكتبون ISR للأجهزة. قبل الآن ، يعطي نظام RTOS ISR للمنافذ التسلسلية ، وساعات النظام ، وقد يكون جهازًا للشبكات ، ولكن إذا كان هناك أي شيء متخصص مثل إشارات منظم ضربات القلب ، والمشغلات ، وما إلى ذلك ، فلن تكون جزءًا من RTOS.

هذا كله يتعلق بالتعميمات الإجمالية وهناك مجموعة كبيرة من التنفيذ في RTOS. تعمل بعض أنظمة RTOS بشكل مختلف والوصف أعلاه قادر على الجزء الأكبر من RTOS الحالي.

التزامن والمراسلة

توفر المزامنة والرسائل الاتصال بين مهمة نظام ما إلى نظام آخر وتتبع خدمات المراسلة. لمزامنة الأنشطة الداخلية ، يتم استخدام علامة الحدث وإرسال الرسائل النصية التي يمكننا استخدامها في صندوق البريد والأنابيب وقوائم انتظار الرسائل. في مناطق البيانات المشتركة ، يتم استخدام الإشارات.

  • إشارات
  • أعلام الحدث
  • علب البريد
  • أنابيب
  • قوائم انتظار الرسائل

خدمة RTOS

أهم جزء في نظام التشغيل هو Kernel. لمراقبة الأجهزة ، يجب التخلص من المهمة وتدير نواة المسؤوليات وتخصيص الموارد. إذا لم تتمكن المهمة من جذب انتباه وحدة المعالجة المركزية في كل مرة ، فهناك بعض الخدمات الأخرى التي توفرها النواة. وفيما يلي

  • خدمات الوقت
  • خدمات معالجة المقاطعة
  • خدمات إدارة الجهاز
  • خدمات إدارة الذاكرة
  • خدمات المدخلات والمخرجات

مزايا نظام RTOS

  • عندما تكون جميع الموارد والأجهزة غير نشطة ، فإن نظام RTOS يعطي أقصى استهلاك للنظام والمزيد من المخرجات.
  • عند تنفيذ مهمة ما ، لا توجد فرصة للحصول على الخطأ لأن RTOS خالٍ من الأخطاء.
  • يعد تخصيص الذاكرة هو أفضل نوع يمكن إدارته في هذا النوع من الأنظمة.
  • في هذا النوع من النظام ، يكون وقت التغيير أقل بكثير.
  • نظرًا لصغر حجم البرنامج ، يتم استخدام RTOS في ملف نظام مضمن مثل النقل وغيرها.

في هذه المقالة ، ناقشنا كيفية عمل نظام التشغيل في الوقت الفعلي. آمل من خلال قراءة هذا أن تكون قد حصلت على بعض المعلومات الأساسية. إذا كان لديك أي استفسارات بخصوص هذه المقالة أو لتنفيذ المشاريع الكهربائية ، لا تتردد في التعليق في القسم أدناه. هذا هو السؤال لك ، ما هي وظائف RTOS؟