RTOS(实时操作系统)-类型，内核，如何工作，使用

RTOS代表实时操作系统。它是一个操作系统，用于实时应用，如医疗重症监护，国防和飞机系统。这篇文章将讨论嵌入式系统中的RTOS(实时操作系统)，它与操作系统的区别，类型，工作原理，用途，架构，优缺点。

什么是实时操作系统?

实时操作系统(RTOS)是一种用于实时应用程序的操作系统，它可以在没有缓冲延迟的情况下获得实时输出。实现在短时间内执行多个任务而不影响同步的功能实时操作系统(RTOS)。

图1 - RTOS简介

OS和RTOS有什么区别?

如何通用操作系统(GPOS)允许多个程序同时执行。然而，每个处理器可以在给定的时间点处理单个线程(任务)。所有通用的操作系统具有同时执行多个任务的能力，但缺乏数据同步。

在RTOS中，处理时间要求以十分之一秒或更短的时间增量计算。实时操作系统使用实时约束，如电源时间和内存的有效利用。RTOS是一种基于优先级的操作系统，旨在为实时应用程序服务。为了提供任务的准确性，RTOS需要更少的资源。它占用较少的内存。

图2 -实时操作系统

通用操作系统用于个人电脑和笔记本电脑，而实时操作系统则用于嵌入式系统。性能是选择RTOS时需要考虑的重要因素。实时操作系统的主要优点是它可以在短时间内产生准确的输出。RTOS的唯一缺点是系统只专注于少数任务。

实时操作系统(RTOS)的类型

它被分为三种类型。它们是:

1. 软实时操作系统
2. 硬实时操作系统
3. 公司实时操作系统

1.软实时操作系统

在这种类型的操作系统，系统的响应时间是首要的，但对系统的运行并不重要。它有一个指定的截止日期，但系统可以接受短时间的延迟。例如:网上交易系统、报价系统等。

2.硬实时操作系统

在硬实时操作系统中，执行任务的截止日期和持续时间是指定的。系统必须在指定的时间内响应，否则可能导致灾难性的后果。例如:医疗重症监护系统、飞机系统等。

3.公司实时操作系统

在Firm RTOS中，截止日期是指定的，但错过它不会造成大的影响。例子:多媒体应用。

图3 -不同RTOS的时间效率曲线

什么是嵌入式系统中的RTOS |选择参数

RTOS应用于嵌入式系统因为它需要实时数据。要使实时操作系统发挥作用，需要考虑以下参数:

• 性能：性能是选择RTOS时需要考虑的最重要的因素。
• 无错的:无错误RTOS执行无错误的任务。
• 最大Utilization在RTOS系统的帮助下，可以最大限度地利用处理器。
• 任务的转变在RTOS中，从一个任务转移到另一个任务所需的时间更少。
• 中间件支持中间件支持帮助实时操作系统减少集成过程所花费的时间。

什么是内核|内核在RTOS体系结构中的相关性

操作系统的核心组件称为内核。微内核架构在实时操作系统中实现，具有可配置的功能。抽象层是由内核提供的，内核为应用软件提供了六种主要类型的公共服务。它们是:

• 任务管理
• 任务调度
• 任务同步
• 内存管理
• 时间管理
• 中断处理
• 设备I/O管理

图4 - RTOS体系结构

任务管理

应用程序被分成小的、可调度的、顺序的程序单元，称为“线程'或'任务”。这样做是为了在实时应用程序中实现并发性。内核任务管理包括实时任务创建，终止，改变优先级等。创建任务包括创建一个任务控制块(TCB)，它包含有关任务id、优先级、任务状态的信息，即任务是否处于(空闲、运行、就绪、终止)状态等。

任务调度

它记录每个任务的状态，并确定要执行的任务的最高优先级。已经运行的任务被挂起，处理器执行高优先级的任务。

任务同步

信息从一个任务或线程安全地传输到另一个任务是必要的。任务同步可以使任务之间相互共享资源，例如缓冲区I/O设备等。

内存管理

它为每个程序分配内存。RTOS有两种类型的内存管理。它们是:

• 堆栈管理
• 堆管理

时间管理

为了调度在指定时间内需要执行的任务，需要使用周期性中断。因此，硬件定时器被编程为中断处理器。调用时间中断系统蜱虫。

中断处理

通知CPU任何异步事件中断。它是一种硬件机制，通过提供定义中断处理程序、创建和删除中断服务例程等功能来处理事件。

设备I/O管理

设备I/O管理有助于提供统一的框架(API -应用程序程序员接口)。它还有助于访问特定的硬件设备驱动程序，即它为I/O请求定位正确的设备。

RTOS(实时操作系统)是如何工作的

实时应用程序请求由实时操作系统提供服务。RTOS允许多个任务或程序根据其优先级同时执行。任务调度单元决定执行哪个线程。处理器挂起正在运行的任务(如果有的话)并执行它接收到的高优先级任务。

图5 - RTOS工作示意图

比方说，一个用户正在上网浏览，几秒钟后打开了YouTube视频，很快，用户就开始听播客了。上网浏览被认为是“任务1”，在YouTube上看视频是任务2，听播客被认为是任务3。在这些任务之间切换称为多任务处理，RTOS提供了高效的多任务处理服务。

当User切换到Task 2时，Task 1被终止，并以高优先级执行Task 2。同样，当User切换到Task 3时，Task 2终止，Task 3执行。任务调度单位负责这些职能。国际米兰的任务沟通时间管理由RTOS内核负责。其原理图如图5所示。

实时操作系统(RTOS)在哪里使用?

实时操作系统在嵌入式系统因为它的实时数据准确。下面列出了一些主要的应用:

• 移动应用程序。
• 网上交易系统。
• 医疗重症监护系统。
• 飞机和防御系统。
• 价格报价系统。
• 网络和多媒体系统。
• 防抱死制动系统。
• 空中交通管制系统。
• 在线调用。
• 订票系统。
• 指挥控制系统。

RTOS的优点(实时操作系统)

实时操作系统的优点包括:

• RTOS是事件驱动的，没有处理时间延迟。
• Real Time OS提供基于任务的API开发。这有助于设计师或测试人员独立完成他们的项目部分。
• 它通过抽象时间依赖关系和基于任务的设计来减少模块之间的相互依赖关系。
• 它提供清洁和较小的应用课程。
• 基于优先级的调度允许用户分离分析处理时间和关键处理时间。

RTOS的缺点(实时操作系统)

RTOS的缺点包括:

• RTOS需要特定的驱动程序以获得更快的响应时间。
• 它需要大量的资源，使其更加昂贵。
• 它使用了一个复杂的算法，这使得它很难解释。
• 它只关注正在执行的程序的准确性，这增加了低优先级程序的等待时间。
• RTOS只执行最小的任务切换。
• RTOS只能同时运行最少的任务。
• 它使用了大量的资源，而这些资源有时并不适合系统。
• 它只关注包含错误的应用程序。

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