Курсовая работа на тему Операционные системы реального времени

Содержание


Введение 3
Глава 1. Понятие операционных систем реального времени. Системы жесткого и мягкого реального времени 5
§ 1.1. Что такое операционные системы реального времени? 5
§ 1.2. Типы ОС реального времени 7
Глава 2. Обзор операционных систем реального времени 8
§ 2.1. Аппаратное обеспечение 8
§ 2.2. Базовые понятия программного обеспечения реального времени 9
§ 2.3. Среда исполнения 12
§ 2.4. Среда разработки 15
§ 2.5. Технические характеристики ОС реального времени 16
Глава 3. Свойства операционных систем реального времени 17
§ 3.1. Системы исполнения и системы разработки операционных системах реального времени 18
§ 3.2. Размеры системы 19
§ 3.3. Классы систем реального времени 19
§ 3.4. Исполнительные системы реального времени 20
§ 3.5. Ядра реального времени 21
Заключение 21
Список используемой литературы 25
Приложение 1. Стандартные прикладные интерфейсы 26
Приложение 2. Использование ОС реального времени в 1994г. 27
Приложение 3. Структура поставки ОС с платами VME 28
Приложение 4. ОС в пространстве "адресация-класс-стандартизация" 29
Приложение 5 30
Приложение 6 31


Введение

Тема моей работы - "Операционные системы реального времени". Операционные системы реального времени (ОСРВ, англоязычный термин Real-Time Operating Systems) - операционные системы, предназначенные для управления промышленным, аэрокосмическим, телекоммуникационным, военным и т.п. оборудованием и системами. Серьезность решаемых задач не оставляет сомнений в актуальности данной темы.
Для подобных систем характерно:
- гарантированное время реакции на внешние события (прерывания от оборудования);
- жесткая подсистема планирования процессов (высокоприоритетные задачи не должны вытесняться низкоприоритетными, за некоторыми исключениями);
- повышенные требования к времени реакции на внешние события или реактивности (задержка вызова обработчика прерывания не более десятков микросекунд, задержка при переключении задач не более сотен микросекунд)
Операционные системы реального времени отличаются от ОС общего назначения в первую очередь тем, что поступающая в систему информация обязательно должна быть обработана в течение заданных интервалов времени (эти интервалы времени нельзя превышать). Кроме того запросы на обработку могут поступать в непредсказуемые моменты времени. Поэтому такие ОС должны обеспечить некоторые дополнительные возможности, например, создание постоянных задач. При работе в режиме реального времени возможно возникновение очередей запросов на обработку, поэтому ОС должна организовать такие очереди и их обслуживание в соответствии с заданной дисциплиной. При больших нагрузках на ЭВМ возможно возникновение ситуаций, в которых одна или несколько задач не могут быть реализованы в заданный промежуток времени. Поэтому ОС должна иметь возможность динамического изменения приоритетов "аварийных задач", после выполнения которых устанавливаются прежние значения приоритетов.
Цель работы - рассмотреть особенности операционных систем реального времени.
Объект исследования - базовые понятия программного обеспечения реального времени, характеристики и свойства ОСРВ.
Предмет исследования - системы исполнения и системы разработки операционных системах реального времени, параметры ОСРВ, классы систем реального времени.
Главным отличием операционных систем реального времени от ОС общего назначения является их способность обеспечить реакцию на внешние события в определенном, заранее известном временном интервале. ОСРВ реагируют предсказуемо в условиях работы с потоком непредсказуемых событий. ОСРВ является частью комплекса реального времени, в состав которого входят аппаратные средства, предоставляющие возможность управления внешними объектами (компьютеры или вычислительные модули, датчики, исполнительные элементы, преобразователи информации), а также необходимые для этого прикладные программы. Среди основных параметров ОСРВ - задержка обработки прерывания, которая, определяется, как правило, временным интервалом между поступлением сигнала прерывания и началом исполнения первой команды программы его обработки, время переключения контекста, компактность кода. ОСРВ используются в критически важных приложениях, где нельзя допустить, чтобы неадекватное поведение системы привело к катастрофе или огромным финансовым потерям.
ОСРВ организуют управление вычислительными процессами таким образом, чтобы время ответа на запрос не превышало заданных значений. Необходимое время ответа определяется свойствами объектов (пользователей, внешних устройств), обслуживаемых системой. Операционные системы реального времени используются в информационно-поисковых системах и системах управления технологическим оборудованием. ЭВМ в таких системах функционирует чаще в многозадачном режиме.

Глава 1. Понятие операционных систем реального времени. Системы жесткого и мягкого реального времени

§ 1.1. Что такое операционные системы реального времени?

Понятия "реальное время", "работа в реальном масштабе времени", "операционные системы реального времени" известны всем, но толкуются они часто по-разному и спектр этих толкований очень широк. Количество иллюзий и мифов в мире реального времени велико. Например, часто путают такие понятие, как "реальное время" и "скорость". Иногда полагают, что применение операционной системы реального времени автоматически разрешит все проблемы создания надежной предсказуемой системы. Иногда, наоборот, считают, что системы реального времени - занятие для теоретиков, а любую задачу реального времени можно решить, используя популярные операционные системы общего назначения - достаточно быть просто хорошим программистом и знать архитектуру компьютера. Так ли это?
Чем принципиально отличаются операционные системы реального времени от операционных систем общего назначения?
ОС общего назначения, особенно многопользовательские, такие как UNIX, ориентированы на оптимальное распределение ресурсов компьютера между пользователями и задачами (системы разделения времени), В операционных системах реального времени подобная задача отходит на второй план - все отступает перед главной задачей - успеть среагировать на события, происходящие на объекте.
Другое отличие - применение операционной системы реального времени всегда связано с аппаратурой, с объектом, с событиями, происходящими на объекте. Система реального времени, как аппаратно-программный комплекс, включает в себя датчики, регистрирующие события на объекте, модули ввода-вывода, преобразующие показания датчиков в цифровой вид, пригодный для обработки этих показаний на компьютере, и, наконец, компьютер с программой, реагирующей на события, происходящие на объекте. Операционная система реального времени ориентирована на обработку внешних событий. Именно это приводит к коренным отличиям (по сравнению с ОС общего назначения) в структуре системы, в функциях ядра, в построении системы ввода-вывода. Операционная система реального времени может быть похожа по пользовательскому интерфейсу на ОС общего назначения (к этому, кстати, стремятся почти все производители операционных системах реального времени), однако устроена она совершенно иначе - об этом речь впереди.
Кроме того, применение операционных системах реального времени всегда конкретно. Если ОС общего назначения обычно воспринимается пользователями (не разработчиками) как уже готовый набор приложений, то операционная система реального времени служит только инструментом для создания конкретного аппаратно-программного комплекса реального времени. И поэтому наиболее широкий класс пользователей операционных системах реального времени - разработчики комплексов реального времени, люди проектирующие системы управления и сбора данных. Проектируя и разрабатывая конкретную систему реального времени, программист всегда знает точно, какие события могут произойти на объекте, знает критические сроки обслуживания каждого из этих событий.
Назовем системой реального времени (в дальнейшем СРВ) аппаратно-программный комплекс, реагирующий в предсказуемые времена на непредсказуемый поток внешних событий.
Это определение означает, что [3]:
Система должна успеть отреагировать на событие, произошедшее на объекте, в течение времени, критического для этого события (meet deadline). Величина критического времени для каждого события определяется объектом и самим событием, и, естественно, может быть разной, но время реакции системы должно быть предсказано (вычислено) при создании системы. Отсутствие