tìm hiểu chung về hđh nhúng

Hệ điều hành nhúng là một hệ điều hành máy tính được thiết kế để sử dụng trong các hệ thống máy tính nhúng. Các hệ điều hành này được thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệm tài nguyên, đáng tin cậy và giảm bớt nhiều tính năng không được các ứng dụng chuyên biệt yêu cầu.Phần cứng chạy hệ điều hành nhúng thường khá hạn chế về tài nguyên. Các hệ thống phần cứng nhúng thường khá cụ thể và điều đó có nghĩa là các hệ thống này được thiết kế để thực hiện các nhiệm vụ nhất định do hạn chế về tài nguyên.Do đó hệ điều hành nhúng đóng vai trò quan trọng trong quản lý những hệ thống nhúng như vậy. Đây cũng chính là chủ đề mà nhóm 13 chúng tôi đi tìm hiểu.

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA CƠNG NGHỆ THƠNG TIN LỜI NĨI ĐẦU  Hệ điều hành nhúng hệ điều hành máy tính thiết kế để sử dụng hệ thống máy tính nhúng Các hệ điều hành thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệm tài nguyên, đáng tin cậy giảm bớt nhiều tính khơng ứng dụng chuyên biệt yêu cầu Phần cứng chạy hệ điều hành nhúng thường hạn chế tài nguyên Các hệ thống phần cứng nhúng thường cụ thể điều có nghĩa hệ thống thiết kế để thực nhiệm vụ định hạn chế tài nguyên Do hệ điều hành nhúng đóng vai trị quan trọng quản lý CÁO hệ thống nhúng nhưBÁO Đây cũngBÀI chínhTẬP chủ LỚN đề mà nhóm 13 chúng tơi tìm hiểu MƠN HỌC: HỆ ĐIỀU HÀNH ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH NHÚNG, SO SÁNH VỚI HĐH CÁ NHÂN LẤY VD MINH HỌA Nhóm tập lớn: 13 Nhóm lớp học: INT1319 nhóm Hà Nội, 2022 MỤC LỤC I Tổng quan hệ điều hành nhúng……………………………… Lịch sử đời………………………………………………………… Mục đích phát triển…………………………………………………… Một số HĐH nhúng phổ biến………………………………………… II Thông tin chi tiết……………………………….…………………… Định nghĩa……………………………………………………………… Cách thức hoạt động……………………………………………………6 Đặc điểm………………………………………………………………….7 Phân loại………………………………………………………………….7 4.1 Đa nhiệm……………………………………………………………….8 4.2 Thời gian thực………………………………………………… …….8 4.3 Vòng lặp đơn……………………………………………… ……….10 III So sánh HĐH nhúng HĐH cá nhân…………………… …….11 IV Ví dụ ứng dụng: Hệ thống hỗ trợ an tồn tơ………… 13 Hệ thống túi khí…… ……… ……… ……… ………… 13 Hệ thống phanh khẩn cấp ……… ………… ………… … 14 2.1 Hệ thống ABS ……… ………… ………… ………… …14 2.2 Hệ thống BA ……… ………….………… ………… ……15 V Kết luận ……… ………… ….….………… ………… ……16 I Tổng quan hệ điều hành nhúng Lịch sử đời Máy tính dẫn đường Apollo (AGC) mở đầu cho hệ điều hành nhúng vào năm 1960, Linux Android hệ điều hành phát triển thị trường AGC tổ chức phi lợi nhuận quảng bá cho mô-đun huy Apollo (ACM) Mô -đun Mặt trăng Apollo (ALM) cài đặt AGC cung cấp giao diện tính tốn điện tử để điều hướng, dẫn đường điều khiển tàu vũ trụ Ảnh 1: Máy tính dẫn đường Apollo (AGC) Kể từ đó, hệ thống máy tính nhúng trải qua chặng đường dài phát triển dường lâu kết thúc, tiến công nghệ vi điều khiển từ 8-bit lên 16-bit cuối 32-bit Kể từ hệ thống máy tính nhúng ngày phức tạp hơn, hệ điều hành trở nên cần thiết để quản lý phần mềm nhúng cách hiệu Mục đích phát triển Hệ điều hành nhúng hệ điều hành chuyên biệt thiết kế để thực tác vụ cụ thể cho thiết bị máy tính Cơng việc hệ điều hành nhúng để chạy mã cho phép thiết bị thực cơng việc 3 Một số HĐH nhúng phổ biến - eCos + eCos viết tắt 'Hệ điều hành cấu hình nhúng’và tất thành phần cung cấp nhiều tùy chọn cấu hình + Hệ điều hành eCos hỗ trợ nhiều loại CPU nhúng phổ biến - mbed OS + mbed OS hệ điều hành nhúng mã nguồn mở miễn phí + Cung cấp mơi trường tồn diện có hệ thống để phát triển phần cứng thông minh - VxWorks + Được giới thiệu lần vào năm 1983 bới công ty Wind River + VxWorks hỗ trợ với đồng hóa tác vụ, quản lý hiệu nhớ tính khác - µC / OS-II: + µC / OS-II giới thiệu dựa nguyên tắc μC / OS + μC / OS-II xử lý 64 tác vụ cung cấp chức khác dịch vụ ngắt, lập lịch tác vụ, quản lý nhớ, đồng hóa quản lý thời gian - FreeRTOS + FreeRTOS hệ điều hành nhẹ hỗ trợ thuật toán lập lịch ưu tiên + Cung cấp chức khác quản lý nhớ, hàng đợi tin nhắn, quản lý tác vụ, quản lý thời gian, v.v - µ Clinux + µ Clinux viết tắt 'Micro-Control Linux' phiên Linux nhúng + µ Clinux sử hữu đầy đủ tính hệ điều hành Linux II Thông tin chi tiết Định nghĩa Hệ điều hành nhúng phần phần mềm nhằm điều khiển hệ thống nhúng Hệ thống nhúng kết hợp phần cứng phần mềm sử dụng để thực nhiệm vụ chun mơn cao Ví dụ, xem xét ví dụ TV thông minh đại Bộ vi xử lý phần cứng liên quan bên TV điều khiển hệ điều hành nhúng Vì vậy, hệ điều hành nhúng kiểm soát tài nguyên phần cứng hệ thống nhúng cho phép mã chạy phần cứng Mã mà hệ điều hành nhúng chạy thực tác vụ cố định điều khiển thiết bị Internet of Things (IoT) Cách hoạt động Hệ điều hành nhúng cho phép thiết bị nhúng thực cơng việc hệ thống lớn Nó giao tiếp với phần cứng hệ thống nhúng để thực chức cụ thể.Ví dụ: thang máy chứa hệ thống nhúng, chẳng hạn vi xử lí vi điều khiển, cho phép thang máy hiểu hành khách nhấn nút Phần mềm nhúng chạy hệ thống HĐH nhúng Trái ngược với hệ điều hành dành cho máy tính đa năng, hệ điều hành nhúng có chức hạn chế Tùy thuộc vào thiết bị đề cập, hệ thống chạy ứng dụng nhúng Tuy nhiên, ứng dụng quan trọng hoạt động thiết bị Do đó, hệ điều hành nhúng phải đáng tin cậy chạy với hạn chế nhớ sức mạnh xử lý Trong trường hợp hệ thống Raspberry chip,thẻ SD hoạt động ổ cứng thiết bị chứa mã chạy thiết bị Thẻ SD tháo rời, nội dung thẻ sửa đổi theo yêu cầu Nhiều hệ điều hành khác chạy thiết bị Raspberry PI Hệ điều hành nhúng giúp phần cứng thiết bị - chẳng hạn cổng USB HDMI - truy cập vào ứng dụng chạy hệ điều hành Đặc điểm Hệ điều hành nhúng có đặc điểm sau: - Điều khiển trực tiếp gián đoạn thiết bị - Vận hành hoạt động thiết bị - Hoạt động dựa thời gian thực - Cơ chế bảo vệ tổ chức cách hợp lý - Tính linh hoạt thiết bị I / O - Thiết lập xác cấu hình phù hợp với thiết bị Khi ứng dụng hệ điều hành nhúng thiết bị mới, tùy vào mục đích sử dụng mà người chế tạo sửa đổi hệ điều hành cũ cho hoạt động thiết bị Hoặc không, họ cần phải thiết kế sử dụng hệ điều hành hoàn toàn dành riêng cho hệ thống thiết bị cần chế tạo Người chế tạo điều chỉnh Hệ điều hành có cho ứng dụng nhúng cách hợp lý hóa hoạt động, khả thời gian thực bổ sung chức cần thiết khác Ưu điểm phương pháp có giao diện quen thuộc nhược điểm khơng tối ưu hóa cho thiết bị Phân loại HĐH nhúng Hệ điều hành nhúng điều chỉnh để đáp ứng nhu cầu hệ thống mà chúng sử dụng Trong số hệ điều hành nhúng kiểm sốt hệ thống thực lặp lại tác vụ, hệ điều hành nhúng khác quản lý hệ thống thực nhiều tác vụ lúc Nói chung, hệ điều hành nhúng chia thành đa nhiệm, thời gian thực, vòng lặp đơn 4.1 Đa nhiệm Hệ điều hành nhúng đa nhiệm hệ điều hành điều khiển hệ thống nhúng cần thực nhiều tác vụ Các tác vụ thực đồng thời vi xử lý sử dụng hệ thống nhúng có khả thực chúng lên lịch chạy theo thuật tốn lập lịch trình Một ví dụ hệ điều hành nhúng đa nhiệm hệ điều hành sử dụng thiết bị Internet of Things loa thông minh Các loa thông minh phát âm nhạc mà cịn phải kết nối với internet tìm kiếm âm nhạc Ảnh 4.2 Thời gian thực Hệ điều hành thời gian thực (RTOS) hệ điều hành xác định với chức hạn chế cho phép ứng dụng đa luồng cách đưa kết đầu xử lý giới hạn thời gian định Vì số ứng dụng quan trọng thời gian, chúng phải thực thi xác vào thời điểm chúng mong đợi để trì tồn hệ thống hoạt động Hệ điều hành thời gian thực phụ thuộc vào gián đoạn đồng hồ Hệ thống tạo gián đoạn Quy trình Dịch vụ Ngắt (ISR) Hệ thống ưu tiên RTOS triển khai để thực tất loại quy trình Quy trình RTOS đồng hóa giao tiếp với RTOS lưu trữ chip ROM (Read Only Memory) chip lưu trữ liệu thời gian dài Ảnh Mô tả cách hoạt động HĐH thời gian thực Hãy xem xét ví dụ hệ thống phanh khẩn cấp ô tô Ngay hệ thống phát có va chạm xảy ra, hệ điều hành nhúng kích hoạt hệ thống phanh Nếu hệ điều hành không khởi động phanh kịp thời, va chạm xảy với hậu nghiêm trọng 4.3 Vòng lặp đơn Hệ điều hành nhúng vòng lặp loại hệ điều hành thực lặp lặp lại chức Công việc hệ điều hành nhúng lấy đầu vào tạo đầu ra, vịng lặp Một ví dụ phổ biến hệ điều hành nhúng vòng lặp hệ điều hành sử dụng đèn cảm biến chuyển động Đèn cảm biến chuyển động cảm nhận chuyển động hệ thống nhúng nháy đèn phát chuyển động Ảnh III So sánh hệ điều hành nhúng với hệ điều hành cá nhân Sự khác biệt lớn hệ điều hành nhúng hệ điều hành không nhúng ứng dụng mà hệ điều hành chạy Trong trường hợp hệ điều hành nhúng, ứng dụng cố định Phần cứng hệ thống nhúng thiết kế để chạy ứng dụng cụ thể Mặt khác, hệ điều hành không nhúng Windows macOS thiết kế để cung cấp quyền truy cập phần cứng vào ứng dụng người dùng Người dùng cài đặt ứng dụng họ muốn miễn thiết kế để chạy hệ điều hành Phần cứng chạy hệ điều hành khơng nhúng tùy chỉnh mức độ Hơn nữa, hệ điều hành nhúng chuyên biệt Nói cách khác, hệ thống nhúng khác có hệ điều hành nhúng khác Mặt khác, hệ điều hành khơng nhúng có mục đích chung hỗ trợ nhiều loại cấu hình phần cứng Nói chung, hệ thống mà hệ điều hành nhúng kiểm soát thường phần hệ thống lớn Ví dụ, hệ thống nhúng sử dụng để đo nhiệt độ phòng hoạt động phần hệ thống kiểm sốt khí hậu lớn sản phẩm cuối Hệ điều hành không nhúng tự kiểm soát sản phẩm cuối Dưới bảng so sánh tương quan hệ điều hành nhúng hệ điều hành máy tính cá nhân: 10 Embedded OS Hệ điều hành cho nhiều người dùng Personal Computer OS Hệ điều hành cho người dùng cá nhân Chi phí thấp Chi phí cao Có thể có khơng có giao diện giao tiếp Có giao diện giao tiếp với người dùng Một hệ điều hành nhúng nằm chip thiết bị điện tử Bị giới hạn chức Phần cứng cố định Hệ điều hành máy tính cá nhân chạy từ đĩa cứng ổ đĩa trạng thái rắn Hệ điều hành windows định cấu hình nâng cấp Nó thiết kế cho mục đích sử dụng Hệ điều có ứng dụng cố định Phần cứng hệ thống thiết kế để chạy ứng dụng cụ thể Hệ điều hành máy tính cá nhân windows thiết kế để cung cấp quyền truy cập phần cứng vào ứng dụng người dùng Người dùng cài ứng dụng họ muốn Phần cứng tùy chỉnh mức độ Hiệu suất thời gian thực, hiệu suất cao chống lỗi Có lựa chọn cụ thể công cụ ngôn ngữ phát triển Ví dụ : Symbiyan OS, IOS, Embedded Linux, 11 Khơng có khả thời gian thực khả thời gian thực hạn chế Hiệu suất chống lỗi thách thức Có nhiều lựa chọn cơng cụ ngôn ngữ phát triển Windows, Unix/Linux, Mac Android,… OS,… IV Ví dụ ứng dụng: Hệ thống hỗ trợ an tồn tơ Hệ thống túi khí Hệ thống túi khí sản xuất nhằm hỗ trợ người dùng xảy va chạm xe hay va chạm trực tiếp túi khí tự động bung giúp cho người ngồi ghế trước ô tô không bị va đập mạnh trực tiếp vào phận, tác nhân phía trước mặt Tại xe biết có va chạm để tự động bung túi khí được? Đó nhờ vào hệ thống nhúng vi điều khiển Bộ vi điều khiển coi não hệ thống, hay hệ thống hoạt động dựa lệnh mà vi điều khiển đưa Vi điều khiển tiếp nhận thông tin từ cảm biến phát trường hợp xảy tai nạn, tùy vào mức độ thực tế tương ứng với mức độ nghiêm trọng điều khiển vận hành túi khí 12 hỗ trợ máy phát điện (alternator) phát tín hiệu bung túi khí khơng Ảnh Cấu tạo hệ thống túi khí tô Hệ thống phanh khẩn cấp Khi gặp vật cản tình bất ngờ, hệ thống phanh khẩn cấp số xe tơ tự động kích hoạt phanh giúp cho người lái xe tránh va chạm khơng đáng có Bên cạnh đó, xe tơ cịn tích hợp thêm hệ thống hỗ an toàn hỗ trợ phanh hệ thống phanh chống bó cứng (ABS) hay hệ thống hỗ trợ phanh (BA) 2.1 Hệ thống phanh chống bó cứng (ABS) Là điều khiển phanh máy tính để tự động tránh tượng bó cứng lốp xe phanh khẩn cấp hỗ trợ việc đánh lái dễ dàng phanh gấp 13 Hệ thống làm tăng độ ổn định xe rút ngắn qng đường phanh Do lốp khơng bị bó cứng vơ lăng xoay nhấn phanh đột ngột, tài xế điều khiển xe dừng xe an tồn Ảnh Sự khác biệt có phanh ABS khơng có ABS 2.2 Hệ thống hỗ trợ phanh (BA) Là hệ thống hỗ trợ vận hành phanh người lái đạp đủ lực lên bàn đạp phanh Đạp lên bàn đạp phanh đột ngột coi dừng xe khẩn cấp hệ thống tự động tạo lực phanh lớn giúp xe mau chóng dừng an tồn 14 Ảnh Sự khác biệt xe có phanh BA khơng có phanh BA Trong đó, hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp BA trang bị xe có hệ thống chống bó cứng phanh ABS, điều nhằm đảm bảo tính an tồn việc điều khiển xe hướng phanh gấp với hỗ trợ ABS Bằng cách phân tích tốc độ lực đẩy bàn đạp phanh, hệ thống phát người lái xe phanh gấp để cố gắng thực việc dừng khẩn cấp, bàn đạp phanh không nhận áp lực hồn tồn, hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp tiếp thêm lực để tạo áp lực hoàn toàn lên hệ thống phanh để xe dừng nhanh hơn, bên cạnh hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) kích hoạt để người lái dễ dàng điều khiển xe V Kết luận Hệ điều hành nhúng quan trọng để công nghệ xung quanh hoạt động Hầu hết không nhận tác động hệ điều hành nhúng sống Từ cảm biến khói nhiệt độ tích hợp nhà 15 đến hoạt động thiết bị y tế, hệ điều hành nhúng quan trọng để công nghệ xung quanh hoạt động Với phát triển vượt bậc công nghệ năm trở lại đây, hệ điều hành nhúng khẳng định vai trị then chốt lĩnh vực cơng nghệ, thiết bị điện tử Bằng chứng thiết bị sản xuất kèm hệ điều hành nhúng nhằm tối ưu hiệu sản phẩm Do đó, hệ điều hành nhúng lại ứng dụng phong phú, làm sở cho tiến thiết bị điện tử sau này, Nếu bạn muốn đánh giá sâu hệ điều hành nhúng, đầu tư vào thiết bị nhà thơng minh Ví dụ, khóa thơng minh cách tuyệt vời, đơn giản để bắt đầu tích hợp cơng nghệ thông minh hàng ngày vào sống bạn Nguồn trích dẫn sử dụng bài: - https://vi.wikipedia.org/wiki/ - https://smartreviewaz.com/he-dieu-hanh-nhung-he-dieu-hanh-la-gi/ - https://anycar.vn/phanh-khan-cap-co-tac-dung-gi-va-co-bao-nhieu-loai-t170314.html - https://cellphones.com.vn/sforum/ - https://www.javatpoint.com/embedded-operating-system - https://microcontrollerslab.com/embedded-operating-system/ -https://prebooksy.club/-/readersling/#/flow=RjreDT+cdn.ebxu2la.club/theme=zona/q=Embedded+Operating+Systems+A +Practical+Approach+Undergraduate+Topics+In+Computer+Science - https://filegi.com/tech-term/embedded-operating-system-8804/ - https://www.techtarget.com/searchdatacenter/definition 16 ... hành khơng nhúng tùy chỉnh mức độ Hơn nữa, hệ điều hành nhúng chuyên biệt Nói cách khác, hệ thống nhúng khác có hệ điều hành nhúng khác Mặt khác, hệ điều hành khơng nhúng có mục đích chung hỗ trợ... điều khiển, cho phép thang máy hiểu hành khách nhấn nút Phần mềm nhúng chạy hệ thống HĐH nhúng Trái ngược với hệ điều hành dành cho máy tính đa năng, hệ điều hành nhúng có chức hạn chế Tùy thuộc... quan bên TV điều khiển hệ điều hành nhúng Vì vậy, hệ điều hành nhúng kiểm soát tài nguyên phần cứng hệ thống nhúng cho phép mã chạy phần cứng Mã mà hệ điều hành nhúng chạy thực tác vụ cố định điều