Характеристика операционных систем реального времени - ОС РВ

Чем принципиально отличаются операционные системы реального времени от операционных систем общего назначения? ОС общего назначения, особенно многопользовательские, такие как Windows NT, UNIX, ориентированы на оптимальное распределение ресурсов компьютера между пользователями и задачами (системы разделения времени). В ОС РВ подобная задача отходит на второй план - все уступает перед главной задачей: успеть среагировать на события, происходящие на объекте.

В отличие от ОС общего назначения на ОС РВ накладываются следующие ограничения:

- поток внешних событий частично или полностью детерминирован (циклограммы опроса);

- входные и выходные данные имеют простые структуры, а ассортимент функциональных модулей достаточно ограничен;

- все функциональные программы к периоду эксплуатации системы считаются отлаженными.

Основные функции ОС РВ:

- распределение и учет времени процессора;

- организация ввода/вывода информации;

- синхронизация задач (при этом используется аппарат прерывания задач);

- диагностика оборудования.

Все известные ОС РВ являются многозадачными операционными системами. Задачи делят между собой ресурсы ВС, в том числе процессорное время. По своей внутренней архитектуре ОС РВ можно условно разделить на монолитные, на основе микроядра и объектно –ориентированные ОС. Вторые имеют сегодня наибольшее распространение, например: IA-SPOX, RTX, Falcon, OS-9, QNX и т.д. Ядра ОС РВ предоставляют пользователю такие базовые функции как планирование и синхронизацию задач, межзадачные коммуникации, управление памятью и т.д. Ядро, например, широко распространенной в России ОС РВ QNX, имеет размер около 10 Кбайт, а у OS-9 - 16 Кбайт. В дополнение к этому ОС РВ имеет возможность выбора файловой системы, сетевой поддержки, интерфейса с оператором и других средств высокого уровня.

Все программные модули в АСОИУ можно разбить на 2 группы:

- операционные модули, образующие интерфейс между функциональными программами (задачами) и аппаратными средствами АСОИУ. Это модули инициализации, ввода-вывода, синхронизации задач, учета системного времени, связи с оператором, диагностики.

- управляющие модули, ориентированные на поддержку вычислительного процесса в БЦВМ. Группа этих модулей называется диспетчером. Основная функция диспетчера состоит в управлении последовательностью выполнения программ функциональных задач. (Центральная задача - контроль всех поступающих запросов.)

При выполнении определенной задачи в рабочем состоянии оказываются определенные группы аппаратных и программных модулей АСОД. Эти группы модулей можно рассматривать как каналы системы, под которыми будем понимать набор аппаратных и программных средств, выполняющих логически единую последовательность действий, связанных с получением и/или использованием данных.

В каждом канале можно выделить следующие компоненты:

ФМ - функциональный модуль преобразует информацию из исходного состояния в требуемое и выдает в устройство, которое по отношению к ФМ является приемником.

ПК - последовательность команд, записанная в терминах инструкций для ФМ, достаточная для выполнения каналом своих функций.

Взаимодействие ПК и ФМ осуществляется через И (интерфейс) системный или индивидуальный .

В зависимости от выполняемых функций можно выделить следующие типы программно управляемых типов АСОД:

- ПКСД - программно управляемый канал сбора данных

- ПКОВУ - программно управляемый канал обмена с внешними устройствами

- ПКВУС - программно управляемый канал выдачи управляющих сигналов

- ПКОД - программно управляемый канал обработки данных

Функциональным модулем ПКСД является УСД. ПКСД может находиться в ОЗУ ЭВМ или в памяти микропроцессора, встроенного в УСД .

Важной характеристикой ПКСД является время реакции канала.

t_пксд - время , прошедшее с момента инициализации ПК до момента завершения регистрации полученной информации.

Среднее значение этой задержки можно оценить :

E(t _пксд) =E(t_и)+E(t_усд)+E(t_по)

где

t_и - задержка , вносимая интерфейсом при передаче управляющей информации от ЭВМ к УСД и измерительной информации в обратной направлении.

t_усд - задержка, вносимая УСД

t_{по -} затраты процессорного времени, не связанные с передачей и организацией обмена с УСД ( вычислительная часть программы канала - первичная обработка)

Задержка УСД - определяется характером коммутируемого сигнала, качеством электронных схем УСД, степенью готовности УСД к обмену, которая, как правило, оценивается вероятностью готовности УСД к передаче информации (Р_гот) в момент обращения к нему программы канала.

При этом модель функционирования УСД удобно рассматривать в виде, изображенном на рис.

Зависимость времени ожидания готовности от разности t₀-t₃.

Здесь Т - период обновления (регенерации) выходного регистра данных

Q - окно, доступное для считывания данных с регистра

T-Q - время подготовки к обмену (время преобразования и коммутации)

t₀ - момент обращения ПК к УСД

t₃ - момент запуска УСД

В момент t₀ УСД будет находиться в той или иной степени готовности к обмену.