Операционные системы реального времени для встраеваемых систем

Встра́иваемая систе́ма, встро́енная систе́ма (embedded system) – это специализированная компьютерная система, в которой сам компьютер обычно встроен в устройство, которым он управляет.

Характерные особенности:

· очень малое энергопотребление, порядка от 0,5 до ~20 Ватт;

· маленькие размеры;

· отсутствие больших систем отвода тепла (охлаждения);

· ЦПУ и системная логика, а также некоторые другие ИС, часто совмещены на одном кристалле (System On Crystal (SOC)).

Основой построения встроенных систем служат одноплатные или однокристальные микроконтроллеры, специализированные или универсальные ЦПУ, ПЛИС. Особенностью некоторых видов встроенных систем является использование устаревших процессоров семейства x86 (например i386, i486, Pentium) и их клонов из-за малого энергопотребления и низкой стоимости. Многие виды встроенных систем используют ЦПУ архитектуры ARM.

Большое количество фирм производит одноплатные компьютеры на основе микроконтроллеров и ЦПУ с RISC[5] архитектурой. Среди них Advantech, AAEON, Advanced Micro Peripherals (AMP), Ampro Computers, Diamond Systems, iBASE, InnoDisk, Fastwel (Россия), Lippert, Octagon Systems, RTD Embedded Technologies, Tri-M Systems - Engineering, SanDisk, STEC.

Основными производителями CPU для встраиваемых систем являются VIA technologies, Transmeta Corporation, Infineon Technologies.Во встраиваемых системах для управления используются ОС РВ.

Windows CE (WinCE) – это вариант ОС Microsoft Windows для наладонных компьютеров, мобильных телефонов и встраиваемых систем. Windows CE не является «урезанной» версией Windows для настольных ПК и основана на совершенно другом ядре. К основным недостаткам системы можно отнести полное отсутствие нужных программных приложений. Поддерживаются архитектуры x86, MIPS, ARM и процессоры Hitachi SuperH.

Основные конкуренты WinCE – это VxWorks, eCos, OSE, QNX, LynxOS, Symbian OS, OS-9, а также различные производные Linux (например, uClinux) и, наиболее известный, PalmOS. Некоторые производители устройств также изготавливают свою собственную систему.

Windows CE оптимизирована для устройств, имеющих минимальный объём памяти: ядро Windows CE может работать на 32 КБ памяти. С графическим интерфейсом (GWES) для работы Windows CE понадобится от 5 МБ. Устройства часто не имеют дисковой памяти и могут быть сконструированы как «закрытые» устройства, без возможности расширения пользователем (например, ОС может быть «зашита» в ПЗУ). Windows CE соответствует определению ОС РВ.

На базе Windows CE основано множество платформ, включая Handheld PC, Pocket PC, Pocket PC 2002, Pocket PC 2003, Pocket PC 2003 SE, Smartphone 2002, Smartphone 2003, Windows Mobile, а также множество промышленных устройств и встроенных систем. Приставка Sega Dreamcast имела поддержку Windows CE. Самой Windows CE в изначальной поставке не было, но она могла запускаться на приставке с CD.

Часто названия Windows CE, Windows Mobile, Pocket PC используют как взаимозаменяемые. Это не совсем правильно. Windows CE 3.0 – это модульная ОС, которая служит основой для устройств нескольких классов. Любой разработчик может купить инструментарий (Platform Builder), который содержит все эти компоненты и программы, позволяющие построить собственную платформу. При этом такие приложения, как Word Mobile / Pocket Word, не являются частью этого инструментария.

Windows Mobile лучше всего представлять себе как набор платформ, основанных на Windows CE: Pocket PC, SmartPhone и Portable Media Center. Каждая платформа использует набор компонентов Windows CE, плюс набор сопутствующих особенностей и приложений.

Windows CE .net – это кодовое название Windows CE версии 4.2.

Windows Embedded CE 6.0 (кодовое имя “Yamazaki”) является шестой версией ОС Windows Embedded, ориентированной на предприятия, изготавливающие промышленные контроллеры и устройства бытовой электроники. В Windows Embedded CE 6,0 полностью переделано ядро, которое поддерживает свыше 32000 процессов, по сравнению с 32 в предыдущих версиях. С 32 Мб до 2 Гб поднялось выделяемое для процессов виртуальное адресное пространство.

Windows Embedded CE 6.0 был выпущен 1 ноября 2006 года. Windows CE 6.0 R2 был выпущен 15 ноября 2007 года. Windows Embedded CE 6.0 также является основой для Windows Mobile 7 (кодовое имя “Photon”).

QNX – коммерческая POSIX-совместимая ОС РВ, предназначенная преимущественно для встраиваемых систем. Считается одной из лучших реализаций концепции микроядерных ОС. Как микроядерная ОС, QNX основана на идее работы основной части своих компонентов, как небольших задач, называемых сервисами. Это отличает её от традиционных монолитных ядер, в которых ядро ОС – одна большая программа, состоящая из большого количества «частей», каждая со своими особенностями. Использование микроядра в QNX позволяет пользователям (разработчикам) отключить любую ненужную им функциональность, не изменяя ядро.

Система достаточно небольшая, чтобы в минимальной комплектации уместиться на одну дискету, вместе с этим она считается очень быстрой и должным образом «законченной» (практически не содержащей ошибок).

QNX Neutrino, выпущенная в 2001 году, перенесена на многие платформы и сейчас способна работать практически на любом современном процессоре, используемом на рынке встраиваемых систем. Среди этих платформ присутствуют семейства x86, MIPS, PowerPC,а также специализированные семейства процессоров, такие, как SH-4, ARM, StrongARM и xScale.

LynxOS – Unix-подобная ОС РВ, разработанная для встраиваемых систем, совместимая со стандартами POSIX и, в последнее время, с ОС GNU/Linux. LynxOS используется преимущественно в авиации, системах управления промышленными процессами и в области телекоммуникаций.

ChorusOS – микроядерная ОС РВ, разработанная для встраиваемых систем. В 1997 году Sun Microsystems купила Chorus systems, компанию, создавшую ChorusOS. В августе 2002 года Основатели Chorus Systems организовали новую компанию VirtualLogix и занялись разработкой встраиваемых систем, используя Linux и ChorusOS.

Nucleus – ОС РВ, созданная Accelerated Systems, подразделением по встраиваемым системам компании Mentor Graphics для различных процессорных платформ. Получила распространение в телевизионных декодерах, мобильных телефонах и других переносных и карманных устройствах. Nucleus используется Garmin International в GPS-модуле, предназначенном для гражданской авиации.

OS-9 – многозадачная, многопользовательская ОС РВ, разработанная Microware Systems Corporation.

Используется для интерактивных и встраиваемых систем. В наши дни OS-9 принадлежит компании RadiSys Corporation, расположенной в штате Орегон (США).

VxWorks – ОСРВ, разрабатываемая компанией Wind River Systems (США). VxWorks включает в себя многозадачное ядро с вытесняющим планировщиком и быстрым откликом на прерывания, средства межпроцессного взаимодействия и синхронизации, а также файловую систему и сетевую подсистему (стек протоколов TCP/IP). В комплект поставки входят средства для кросс-компиляции, мониторинга производительности (WindView), удаленной символьной отладки, а также эмуляции различных процессоров, различные стеки протоколов, графических подсистем, и др. как от самой Wind River Systems, так и от третьих фирм.

Последняя версия интегрированной среды разработки Wind River Workbench (поставляющаяся с VxWorks версий 6.x, впрочем как и 5.x) построена на основе среды Eclipse.

ОС2000– ОС РВ разработанная НИИСИ РАН по заказу МО РФ для микропроцессоров MIPS и Intel. Эта ОС РВ предназначена для разработки программного обеспечения для систем (программно-аппаратных комплексов), работающих в режиме жёсткого реального времени.

Поддержка устройств:

· сетевые устройства Ethernet (протоколы NFS, FTP, Telnet), для Intel-версии поддержка ограничена ISA- и PCI-картами фирмы Realtek, NE2000-совместимых карт;

· накопительные устройства – флоппи- и жёсткие диски (файловые системы vfat и tar).

Имеется поддержка графической клиент-серверной подсистемы X Window System, ипользуемой в Unix-системах.