RTOS x GPOS:um guia completo

Nesta era moderna, vimos muitas soluções de software e hardware que exigem um sistema operacional. Os sistemas operacionais ajudam esses dispositivos a funcionar sem problemas e lidar com várias tarefas diferentes. No entanto, como entusiasta da eletrônica, você provavelmente precisará de mais informações sobre o tipo de sistema operacional necessário para o seu projeto. Felizmente, temos o que você precisa. Neste artigo, você encontrará tudo sobre RTOS vs GPOS, suas comparações e vários tipos de aplicativos. Além disso, se você simplesmente deseja saber mais sobre esses sistemas operacionais, está no lugar certo.

Preparar? Vamos começar.

Sistemas operacionais de uso geral (GPOS)

O GPOS é um sistema operacional que pode gerenciar um grande número de processos e concluir uma execução por unidade de tempo – que gostamos de chamar de throughput. Às vezes, o SO de uso geral atrasava a execução de um thread de alta prioridade para executar cinco ou seis processos de baixa prioridade.

Estação de trabalho do computador

Portanto, para atingir o alto rendimento necessário, ele atenderia a cinco tarefas de baixa prioridade em vez de executar um processo de alta prioridade. Em outras palavras, se várias tarefas de baixa prioridade forem enfileiradas para execução, o GPOS permitirá que essas tarefas sejam executadas primeiro para manter sua alta taxa de transferência.

Agora, a maioria dos sistemas operacionais de uso geral usa uma política de justiça para transportar processos e threads para a CPU.

Além disso, essa política permite que o GPOS forneça o alto rendimento geral que os aplicativos de desktop e servidor precisam para funcionar com eficiência.

Mas não pode garantir que uma tarefa de alta prioridade ou threads de tempo crítico sejam executados antes de threads de baixa prioridade. Assim, o sistema operacional de uso geral funciona melhor para dispositivos que executam várias tarefas ao mesmo tempo.

Computador pessoal (PC)

Sistema operacional em tempo real (RTOS)

Por outro lado, o RTOS possui um design que lida com aplicações de tempo crítico com alta precisão. Para que um sistema operacional se enquadre nessa categoria, ele deve ter um período máximo de tempo para cada operação crítica que executa. Em outras palavras, é um sistema com limite de tempo.

Um sistema operacional em tempo real é bastante complexo. Mas não se preocupe, nós separamos para você. O RTOS tem três funcionalidades básicas que são agendador, serviços RTOS, sincronização e mensagens.

O Agendador

O agendador tem três estados:primeiro está pronto para executar o estado que se aplica a uma tarefa pronta que pode alternar para o estado de execução quando necessário. O segundo é o estado de execução que se aplica quando uma tarefa está em execução. Por fim, o estado bloqueado é quando a tarefa não pode ser executada e é enviada para um estado bloqueado.

Além disso, existem três tipos de técnicas de agendamento que são:

Método de agendamento preventivo de tarefas/agendamento baseado em prioridade

A técnica de escalonamento preventivo envolve alocação de tempo dependente de prioridade. Aqui, você pode atribuir um nível de prioridade exclusivo para cada tarefa.

Programação Cooperativa

Aqui, você pode atribuir um slot fixo para cada tarefa. No entanto, se a tarefa não concluir sua execução, ela perderá os dados gerados e aguardará seu próximo turno.

Por fim, o kernel cuida de criar uma tarefa, alterar a prioridade de uma tarefa, alterar o estado de uma tarefa e excluir uma tarefa.

Serviços RTOS

No coração de todo sistema operacional está um kernel. O kernel é responsável por gerenciar e alocar os recursos de um sistema operacional. No entanto, as tarefas nem sempre podem chamar a atenção da CPU, portanto, o kernel deve fornecer outros serviços, como serviços de tempo, serviços de entrada e saída, serviços de tratamento de interrupção, serviços de gerenciamento de memória e serviços de gerenciamento de dispositivos.

Diagrama de kernel

Mensagens e sincronização

A funcionalidade de mensagens oferece uma maneira de o RTOS se comunicar com outros sistemas entre as tarefas. Os serviços de mensagens incluem caixas de correio, pipes, filas de mensagens, sinalizadores de eventos e semáforos.

Caixas de correio, filas de mensagens e pipes podem enviar mensagens entre tarefas, enquanto sinalizadores de eventos podem sincronizar todas as atividades entre tarefas. Além disso, os semáforos podem sincronizar o acesso a recursos compartilhados.

RTOS (Sistemas Operacionais em Tempo Real) vs GPOS (Sistemas Operacionais de Uso Geral)

A diferença básica entre o RTOS e o GPOS é a natureza do aplicativo (se é urgente ou não, único ou multiuso). Um bom exemplo de um sistema de tempo crítico é um caixa automático. Uma pessoa esperaria 4 ou 5 segundos para receber dinheiro de um caixa eletrônico depois de pressionar o botão confirmar. Ninguém gostaria de esperar cinco minutos depois de pressionar o botão de confirmação.

ATM

Por outro lado, os PCs têm vários propósitos, tornando-o um sistema que não é crítico em termos de tempo. Você pode executar vários aplicativos ao mesmo tempo com um PC. Além disso, não há um horário específico para fazer nada em um PC e até mesmo em um smartphone. Por exemplo, salvar um documento pode levar segundos ou minutos em alguns casos. Mas, isso depende do número de processos e tarefas em execução.

Smartphone

Portanto, um sistema operacional de uso geral funciona para aplicativos e sistemas não críticos, como Linux, Windows, etc.

Sistema Linux

Embora os sistemas operacionais em tempo real funcionem para aplicativos de tempo crítico que precisam de respostas rápidas e previsíveis, como UCOS, VxWorks etc.

Aqui estão as categorias para explicar melhor as diferenças entre os dois sistemas operacionais:

Agendamento de tarefas

Na categoria de agendamento de tarefas, o GPOS não foca na prioridade. Ele lida com o agendamento de uma maneira que oferece alto rendimento. Enquanto no caso de um RTOS, o agendamento é sempre focado na prioridade. Ao contrário do GPOS, todos os processos de alta prioridade são executados antes de qualquer tarefa de baixa prioridade.

Janelas

Problemas de latência

Aqui está um grande problema que assola o GPOS. A maioria dos GPOS tem latência de despacho ilimitada, o que significa que quanto mais threads agendar, mais latências se acumulam. O RTOS não tem esses problemas, pois todos os threads e processos têm latências limitadas (os threads serão executados dentro de um limite de tempo definido).

Fatores econômicos e de hardware

O RTOS funciona para sistemas autônomos e de baixo custo, como uma máquina de venda automática ou caixa eletrônico. Além disso, o RTOS é pequeno e leve quando comparado a um GPOS. Além disso, o GPOS funciona para fins gerais e dispositivos de ponta, como estações de trabalho ou computadores pessoais.

Dispositivos de última geração

Kernel preemptivo

Um grande problema quando se trata de execução de processos de alta prioridade primeiro é um kernel preemptivo. Portanto, se um kernel não for preemptivo, uma solicitação desse kernel substituirá imediatamente todos os outros processos em execução. Enquanto o kernel de um RTOS é preemptivo, o kernel de um GPOS não é.

Em outras palavras, uma execução de processo de alta prioridade em um GPOS não pode antecipar uma chamada do kernel, enquanto os processos de alta prioridade no RTOS sempre anteciparão uma tarefa de baixa prioridade, se necessário, e tratarão as tarefas fora da chamada do kernel como externas. processos.

RTOS x GPOS– Avaliar e selecionar um RTOS para um desenvolvimento de produto incorporado

Antes de avaliar um RTOS incorporado que atenda a todos os requisitos de sistemas incorporados, verifique se o RTOS em potencial oferece suporte a alguns recursos importantes.

Para facilitar as coisas para você, aqui está um resumo desses recursos críticos:

RTOS x GPOS– Programadores

Os escalonadores dos sistemas operacionais têm o dever de decidir a que horas o sistema operacional deve executar cada tarefa. Os agendadores podem suspender e retomar qualquer tarefa dependendo dos recursos disponíveis e da prioridade. Assim, um RTOS embutido deve ter um agendador embutido. Isso permitirá que o RTOS execute tarefas em tempo real.

Temporizadores de software

Como o nome indica, os temporizadores de software permitem a execução de funções dentro de uma janela de tempo especificada. Não é fácil ou aconselhável criar manualmente um temporizador de software para seu RTOS, portanto, certifique-se de selecionar um RTOS com um temporizador de software integrado.

RTOS x GPOS– Mecanismo de fila

As filas permitem que as tarefas troquem informações. Um RTOS com um mecanismo de enfileiramento embutido permitirá a troca de mensagens entre tarefas.

Eferramentas de rastreamento de execução

Com a ferramenta de rastreamento, você pode observar facilmente o comportamento em tempo real dos sistemas em tempo real. Assim, sua equipe de desenvolvimento pode rastrear e detectar eventuais erros e a execução de tarefas.

RTOS x GPOS – consumo de memória baixa

Como você precisa integrar um RTOS em uma plataforma MCU, o RTOS em perspectiva deve ter um baixo consumo de memória. Isso significa que o tamanho total não deve ser superior a 10% do tamanho total do MCU.

Arquitetura RTOS

Encerrando

Em poucas palavras, tanto o RTOS quanto o GPOS funcionam bem em aplicativos feitos para eles. Embora o RTOP possa fornecer uma taxa de transferência menor que o GPOS, isso não significa que sua taxa de transferência seja baixa.

Enquanto o GPOS lida com muitos processos pesados, o RTOP lida com menos tarefas com uma taxa de transferência relativa à carga do sistema.

No entanto, a principal preocupação de um RTOS é fornecer um padrão de execução mais previsível e uma execução oportuna – não alta taxa de transferência. No entanto, o inverso é o caso do GPOS. Bem, isso encerra tudo sobre o GPOS vs RTOS. Se você tiver quaisquer comentários ou perguntas, sinta-se à vontade para entrar em contato conosco. Ficaremos felizes em ajudar.