Возможность исполнения системы из ПЗУ (ROM).

Это свойство ОСРВ - одно из базовых. Оно позволяет создавать компактные встроенные СРВ повышенной надежности, с ограниченным энергопотреблением, без внешних накопителей.

Время перезагрузки

Процесс проектирования конкретной СРВ начинается с тщательного изучения объекта. Определяются возможные события на нем, критические сроки реакции системы на каждое событие и разрабатываются алгоритмы обработки этих событий. Затем следует процесс проектирования и разработки программных приложений.

Идеальной ОСРВ является "система, управляемая критическими сроками". Разработка приложений РВ в этой системе сводится к описанию возможных событий с указанием: критического времени обслуживания данного события и адреса подпрограммы его обработки. Всю дальнейшую заботу о том, чтобы подпрограмма обработки события стартовала до истечения критического интервала времени, берет на себя ОС.

В реальности разработчик должен перевести язык событий объекта в сценарий многозадачной работы приложений ОСРВ, оптимально используя предоставленные ему специальные механизмы и оценить времена реакций системы на внешние события при этом сценарии.

 

Классы ОСРВ

1) Исполнительные системы реального времени. Признаки систем этого класса - различные платформы для систем разработки и исполнения. Приложение реального времени разрабатывается на host-компьютере (компьютере системы разработки), затем компонуется с ядром и загружается в целевую систему для исполнения. Как правило, приложение реального времени - это одна задача, и параллелизм здесь достигается с помощью нитей (threads).

Достоинства: высокое быстродействие системы. Достигается наличием только нитей (потоков), которые в отличие от процессов имеют малое время переключения контекста. Качество и функциональность систем разработки, так как они были изначально кроссовыми.

Недостатки: "зависание" всей системы при "зависании" нити, проблемы с динамической подгрузкой новых приложений, высокая цена (порядка $20000).

Область применения: компактные быстродействующие СРВ. Пример: VxWorks.

 

2) Ядра реального времени. В этот класс входят системы с монолитным ядром, где содержится реализация всех механизмов РВ. Исторически системы этого типа были хорошо спроектированы. В отличие от систем других классов, разработчики этих систем имели время для разработки систем именно РВ и не были ограничены в выборе средств (например, Microware имела в своем распоряжении три года для разработки OS9).

Системы этого класса, как правило, модульные, хорошо структурированные, имеют наиболее развитый набор специфических механизмов реального времени, компактные и предсказуемые.

Одна из особенностей систем этого класса - высокая степень масштабируемости. На базе этих ОС можно построить как компактные системы реального времени, так и большие системы серверного класса.

Пример: OS9, QNX.

3) UNIXы реального времени. Исторически СРВ создавались в эпоху расцвета UNIX и поэтому многие из них содержат те или иные заимствования из этой ОС (пользовательский интерфейс, концепция процессов и т.д.).

Часть разработчиков ОСРВ попыталась просто переписать ядро UNIX, сохранив при этом интерфейс пользовательских процессов с системой, насколько это было возможно. Реализация этой идеи не была слишком сложной, поскольку не было препятствия в доступе к исходным текстам ядра, а результат оказался замечательным. Получили и реальное время, и сразу весь набор пользовательских приложений - компиляторы, пакеты, различные инструментальные системы.

В этом смысле создателям систем первых двух классов пришлось потрудиться не только при создании ядра реального времени, но и продвинутых систем разработки.

Недостатки: СРВ получаются достаточно большими и быстродействие их ниже, чем у систем первых двух классов.

Пример: Lynx OS.

 

4) Расширения реального времени для Windows NT. Появление расширений реального времени для Windows NT обусловлено широкой распространённостью этой платформы, большому выбору прикладных программ, мощный программный интерфейс Win32 API.

Несмотря на то, что Windows NT создавалась как сетевая ОС, а не ОСРВ, в нее при создании были заложены элементы РВ, а именно: двухуровневая система обработки прерываний (ISR и DPC), классы реального времени (процессы с приоритетами 16-32 планируются в соответствии с правилами РВ). Причина появления этих элементов кроется в том, что у разработчиков Windows NT был опыт создания ОСРВ RSX11М для DEC.

Даже поверхностный анализ Windows NT показывает, что эта система не годится для построения систем жесткого РВ (система непредсказуема - время выполнения системных вызовов и время реакции на прерывания сильно зависит от загрузки системы; система велика; нет механизмов защиты от "зависаний" и пр. и пр.). Поэтому даже в системах мягкого РВ Windows NT можно использовать только при выполнении целого ряда рекомендаций и ограничений.

Разработчики расширений пошли двумя путями:

1. Использование ядра классических ОСРВ в качестве дополнения к ядру Windows NT. Пример: VxWorks (LP Elektroniks), InTime (Radisys). Предоставляется набор функций для связи приложений РВ и приложений Windows NT. Вначале загружается Windows NT, затем с помощью специального загрузчика загружается ОСРВ, распределяя под себя необходимую память Windows (что в дальнейшем позволяет избежать конфликтов памяти между двумя ОС). После этого управление переходит ОСРВ, отдавая процессор ядру Windows NT только в случаях, когда это позволяют приложения РВ. Синхронизацию и обмен данными между Windows NT и VxWorks осуществляет псевдодрайверы TCP/IP. Работу с объектом выполняет приложение РВ, передавая затем результаты приложениям Windows NT для обработки, передачи в сеть, архивирования и т. п.

2. Интеграция РВ в Windows NT путем исследования причин задержек и "зависаний" и устранения их с помощью подсистемы РВ. Решения фирмы VenturCom (RTX 4.2) базируются на модификациях уровня аппаратных абстракций Windows NT (HAL - Hardware Abstraction Layer) - программного слоя, через который драйверы взаимодействуют с аппаратурой. Модифицированный HAL и дополнительные функции (RTAPI) отвечают также за стабильность и надежность системы, обеспечивая отслеживание "зависания" приложений или блокировку прерываний. В состав RTX входит также подсистема РВ RTSS, с помощью которой Windows NT расширяется дополнительным набором объектов (аналогичным стандартным, но с атрибутами РВ). Введены объекты РВ (нити, потоки, процессы), которые управляются специальным планировщиком РВ (256 фиксированных приоритетов, алгоритм - приоритетный с вытеснением). Появляется возможность простого создания программ управления устройствами, так как среди функций RTAPI есть и функции работы с портами ввода-вывода и физической памятью. Предложения VenturCom предоставляют для Windows NT возможность конфигурирования и создания встроенных конфигураций (без дисков, клавиатуры и монитора).

Результаты независимых тестирований показывают, что данные решения можно использовать для построения систем жесткого реального времени.

Область применения расширений реального времени - большие системы РВ, где требуется визуализация, работа с базами данных, доступ в Интернет и т.п.

5) Windows CE версий 2.х не являются ОСРВ. Версия 3.0 и CE.NET позиционируются как ОСРВ. Microsoft открыл проект CE с целью выйти на рынок встроенных применений и, наверное, достигнет многого на этом рынке. Однако встроенные системы и СРВ - не одно и то же. Создать же универсальную систему, удовлетворяющую противоречивым требованиям невозможно.