hệ điều hành thời gian thực rtos

NỘI DUNG  Yêu cầu chung cho các hệ điều hành thời gian thực RTOS  Đặc điểm của một RTOS  Chức năng của RTOS  Kernel thời gian thực  Phân loại RTOS  Giới thiệu một số hệ điều

CHƯƠNG 3 (TT)

HỆ ĐIỀU HÀNH THỜI GIAN THỰC

RTOS

1

NỘI DUNG

 Yêu cầu chung cho các hệ điều hành thời gian thực

RTOS

 Đặc điểm của một RTOS

 Chức năng của RTOS

 Kernel thời gian thực

 Phân loại RTOS

 Giới thiệu một số hệ điều hành thời gian thực

2

1 CÁC YÊU CẦU VỚI RTOS

 Kích thước nhỏ (lưu trữ toàn bộ trong ROM hoặc

Flash)

 Sử dụng hệ thống ngắt

 Không nhất thiết phải có các cơ chế bảo vệ

 Tăng tốc độ truyền thông giữa các quá trình

 Khi các quá trình ứng dụng đang thực hiện thì các yêu

cầu hệ thống điều hành có thể được thực hiện thông

qua các lời gọi hàm thay vì sử dụng cơ chế ngắt mềm

3

2 Đ ẶC ĐIỂM CỦA MỘT RTOS

 Real-Time Operating Systems (RTOS): phần mềm

điều khiển chuyên dụng thường được dùng trong những

ứng dụng điện toán nhúng mang tính thương mại

 Tài nguyên bộ nhớ hạn chế

 Yêu cầu ngặt nghèo về thời gian đáp ứng tức thời

 Tính sẵn sàng cao và khả năng tự kiểm soát một cách

chính xác

4

 Đ ẶC ĐIỂM CỦA MỘT RTOS ( TT )

 RTOS đóng vai trò rất quan trọng trong phát triển hệ

nhúng thời gian thực

Yêu cầu khắt khe về thời gian

Sử dụng tài nguyên

Sự quan trọng của việc lập

lịch

RTOS rất cần thiết và quan trọng

5

3 C HỨC NĂNG CỦA RTOS

 Có các chức năng như sau:

 Giao tiếp với phần cứng ở lớp dưới

 Lập lịch và xử lý ưu tiên

 Quản lý bộ nhớ

 Các dịch vụ vào ra

 Hỗ trợ sự lựa chọn bộ vi xử lý

 Tính khả chuyển tới các bộ vi xử lý khác

 Tính mềm dẻo để phù hợp với các yêu cầu ứng dụng khác

nhau

 Hỗ trợ bộ đa vi xử lý

 Mở rộng các dịch vụ như hỗ trợ mạng 6

4 K ERNEL THỜI GIAN THỰC

 Kernel thời gian thực thường nhỏ hơn rất nhiều so với một RTOS hoàn chỉnh

Kernel

Other RTOS Services

Kernel RTOS

 Phần lõi của hệ điều hành, được nạp

lên bộ nhớ đầu tiên và tồn tại trong

lúc chương trình hoạt động

 Cung cấp hầu hết các dịch vụ cần

thiết cho các ứng dụng nhúng

 Có kích thước rất nhỏ, phù hợp cho

các bộ nhớ có dung lượng thấp

7

 KERNEL THỜI GIAN THỰC (TT)

 Hệ điều hành thời gian thực hỗ trợ khả năng xây dựng

các hệ thống thời gian thực

So sánh kiến trúc RTOS và OS chuẩn

8

 K ERNEL THỜI GIAN THỰC ( TT )

 Kernel đảm nhiệm các tác vụ chính như sau:

 Điều khiển quá trình

Tạo và kết thúc quá trình/tác vụ

Lập lịch và điều phối hoạt động hệ thống

 K ERNEL THỜI GIAN THỰC ( TT )

 Điều khiển ngoại vi

Xử lý ngắt

Khởi tạo giao tiếp vào ra

10

 C HƯƠNG TRÌNH VÀ TÁC VỤ

 Hoạt động của hệ thống đươc thực hiện theo

chương trình: các tác vụ (task)

 Một chương trình có thể được chia thành các phần thực

thi song song nhau

 C HƯƠNG TRÌNH VÀ TÁC VỤ ( TT )

 Kernel sẽ quyết định các tác vụ được thực thi khi

nào và bằng cách nào

 Có 2 kiến trúc phổ biến:

 Mô hình điều khiển vòng lặp

 Mô hình sắp xếp ưu tiên

12

Task n

The kernel polls each task

in sequence to determine whether or not it needs the

process

access

5 P HÂN LOẠI RTOS

 Có 3 loại:

 Hệ điều hành thời gian thực nhỏ với mục đích

thương mại

 Hệ điều hành thời gian thực mở rộng

 Hệ điều hành thời gian thực cho mục đích nghiên

cứu

15

 HỆ ĐIỀU HÀNH THỜI GIAN THỰC NHỎ VỚI MỤC

ĐÍCH THƯƠNG MẠI

 Nhỏ và nhanh, có các đặc điểm sau:

 Có thời gian chuyển ngữ cảnh và thời gian đáp ứng

 HỆ ĐIỀU HÀNH THỜI GIAN THỰC MỞ RỘNG

 Chậm hơn và có khả năng dự đoán ít hơn so với các hệ

điều hành thời gian thực thương mại

 Có nhiều chức năng và môi trường phát triển tốt hơn

 Tập các giao tiếp chuẩn và thân thiện

17

 HỆ ĐIỀU HÀNH CHO MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

 Hỗ trợ các thuật toán lập lịch thời gian thực, phân tích

thời gian

 Hỗ trợ các dịch vụ cơ bản để đồng bộ thời gian thực

 Nhấn mạnh khả năng dự đoán hơn là hiệu năng trung

bình

 Hỗ trợ cho khả năng chịu lỗi

18

6 GIỚI THIỆU MỘT SỐ HỆ ĐIỀU HÀNH THỜI GIAN THỰC

 RTX51-Real Time Operating System

 Hệ điều hành thời gian thực đa tác vụ

 Được thiết kế cho các phần mềm có độ phức tạp và

có giới hạn chính xác về thời gian đáp ứng

 ARTX-Advanced Real Time Operating System

 Sử dụng cơ chế lập lịch linh động

 Là một RTOS tốt, dễ dàng để sử dụng và làm việc

cùng với tất cả các vi điều khiển họ ARM

19

 GIỚI THIỆU MỘT SỐ HỆ ĐIỀU HÀNH THỜI GIAN THỰC (TT)

 µC/OS

 Có tính khả chuyển cao, mềm dẻo, có tính năng ưu

tiên, thời gian thực và đa tác vụ

 Hỗ trợ các tính năng:

Bộ lập lịch

Truyền thông điệp

Đồng bộ và chia sẻ dữ liệu giữa các tác vụ

 GIỚI THIỆU MỘT SỐ HỆ ĐIỀU HÀNH THỜI GIAN THỰC (TT)

 QNX

 Rất mềm dẻo, chuẩn mực cho các ứng dụng nhúng

thời gian thực

 Cung cấp nhiều tác vụ hoạt động đồng thời

 Các tiến trình, điều khiển lập lịch thứ tự ưu tiên và

chuyển ngữ cảnh nhanh

 Giao tiếp liên quá trình dựa trên thông điệp

21

 HỆ ĐIỀU HÀNH THỜI GIAN THỰC FREERTOS

 Hệ điều hành thời gian thực nhỏ

 Khả năng linh động cao

 HỆ ĐIỀU HÀNH THỜI GIAN THỰC FREERTOS (TT)

 Các chức năng chính của FreeRTOS như sau:

 Thời gian thực, hoạt động đồng bộ được điều khiển

từ task này đến task khác

 Chế độ lập lịch động (Dynamic Scheduling)

 Có nhiều hơn 1 task có cùng độ ưu tiên cao nhất thì

các task sẽ được thực hiện theo kiểu round-robin

 Giao tiếp đồng bộ giữa các task

 V.v…

23