• 图解实时操作系统和非实时操作系统的区别

    转自:http://blog.csdn.net/u013752202/article/details/53649047

    对于实时操作系统(RTOS)和非实时操作系统,你能分别列举出来多少?

    实时操作系统:uCOS/VxWorks/RTLinux

    非实时操作系统:Linux/Windows/OSX

    我也只能列举出来这么多了。

    重点不在这里,重点在于他们之间的区别,详见下图:



    在上面的图中右边的任务优先级高于左边的任务,先看实时操作系统的,当优先级更高的任务2就绪的时候,即便任务1正在运行中,也必须立刻交出CPU的使用权,就跟中断一样,先执行任务2,等任务2执行完或者主动挂起(sleep)让出CPU的时候,任务1才能接着运行。

    uCOS就是这样的实时操作系统,它是可抢占性的内核。我曾跟很多同事争辩过uCOS高优先级任务就绪而低优先级任务正在执行没有sleep的时候,高优先级任务能否打断低优先级任务而立即得到执行,遗憾的是很多人仍然坚持必须要sleep才能切换任务,每次我都只能无奈的用实验来证明这个本来不应该争辩的东西。

    再看看我们的Linux/Windows/OSX这些基于时间片轮转的操作系统遇到这种问题的时候会怎么样呢,毫无疑问它们都是非实时的操作系统,CPU是不可抢占的,从上图可以看到,即便高优先级的任务就绪了,也不能马上中断低优先级任务而得到执行,必须要等到低优先级任务主动挂起(sleep)或者时间片结束才能得到执行。所以我们在使用PC的时候经常会遇到应用程序无响应的问题。即硬件资源被其他任务占用,本任务得不到立即执行。

    我们平常娱乐办公用的都是非实时的操作系统,那么什么时候该使用实时操作系统呢?试想一下,一个射出的导弹如果要执行一个调整姿态的任务,这个时候刚好有其他无关紧要的任务在执行,如果是非实时操作系统,那么可能会等一会儿然后弹个窗告诉你应用程序无响应(如果它有窗可弹的话),那完了等弹窗出来导弹都射到外太空去了!毫无疑问这种高优先级任务片刻都不能等的设备就必须上实时操作系统,如果你不想你的导弹射到外太空去的话。

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  • 上一篇系列文章“INtime可与Windows在同个PC运行实时操作系统(上)”中我们介绍INtime实时操作系统的基本特性与功能。本篇文章将着重介绍INtime RTOS内部的关键处理机制及其相关的应用案例。 INtime ® RTOS是一...

     上一篇系列文章“INtime可与Windows在同个PC运行的实时操作系统(上)”中我们介绍INtime实时操作系统的基本特性与功能。本篇文章将着重介绍INtime RTOS内部的关键处理机制及其相关的应用案例。

    INtime ® RTOS是一个动态的,确定性的硬实时操作系统,用于多核x86兼容处理器上的非对称多处理(AMP)。与使用虚拟机管理程序,Windows设备驱动程序或单体应用程序不同,INtime RTOS是完整的操作系统,具有开发人员期望在现代开发环境中使用的系统服务和功能。功能包括动态控制多个主机上多个节点(核心)上的进程,以及系统所有节点之间的丰富进程间通信(IPC)等。

    INtime关键处理机制

    1 专用硬件资源划分机制

    INtime RTOS是一种硬实时事件驱动的操作系统,具有以微秒为单位的确定性。
    确定性应用程序需要来自主机的专用且隔离的资源:内核,内存和I / O。INtime RTOS专为确定性应用程序而设计,并通过显式划分主机硬件为每个实时节点分配资源,从而为实时应用程序提供所需的资源。
    低延迟驱动程序包括:
    •以太网和INtime的高性能以太网(HPE):EtherCAT ,Sercos III ,Profnet 的基础
    •xHCI USB,PCI  / PCIe 和串行端口

    2 全局对象(GOBS),内部进程通信IPC机制

    INtime RTOS提供了确定性IPC机制(GOBSnet),可以在系统中对所有已创建的对象进行分类,搜索和使用,从而为嵌入式系统设计提供了可扩展性。

    通过使用显式的硬件分区和非对称多处理(AMP或内核亲和性),INtime RTOS可以在多个节点上实现确定性应用程序的可伸缩性,以实现性能,或在更少的节点上组合以节省成本。

    无论是在同一多核主机上还是在分布式主机上运行,GOBSnet均可在Windows和实时应用程序之间提供一套全面的高效通信服务。尽管彼此隔离,但跨环境共享允许Windows服务与嵌入式功能进行交互,从而实现集成并消除了网络间的复杂性和传统嵌入式设计的故障风险。这样就可以灵活地扩展解决方案的拓扑结构,而无需移植。

    3 分布式系统管理器DSM机制

    分布式系统管理器(DSM)监视所有节点及其进程,以维护整个嵌入式系统的连续性和可用性。DSM跟踪系统的状态,监视其组件的运行状况,并在组件终止或发生故障时进行清理。

    每个INtime RTOS或Windows实例均被视为一个节点。任何INtime节点都可以创建可从任何其他节点访问的对象,无论是在单个主机上还是跨分布式主机系统。先进的集成内存管理器维护每个进程的内存分配。

    INtime RTOS总结

    INtime RTOS支持运行用户模式(Ring 3)实时应用程序,而不是内核模式驱动程序扩展的模块化编程模型。
    通过使用明确的硬件分区和非对称多处理(AMP或核心相似性),INtime RTOS可以在多个节点上实现确定性应用程序的可伸缩性。开发人员可以将确定性应用程序分配给可用的内核。

    此外,借助GOBSnet,如果需要更多资源,则可以在混合解决方案(Windows和INtime RTOS)主机上的嵌入式应用程序轻松移至其他主机,同时保持与Windows *的互操作 

    INtime应用案例

    1)如下图中所显示的应用,其中运动控制周期,I/O驱动器,监控PLC逻辑和现场总线驱动器(EtherCAT,CANopen)在INtime内核环境中作为实时过程执行,而机器的HMI功能(包括CAD/ CAM系统)以及客户通常安装的许多第三方应用程序,将它们作为Windows进程运行,并使用INtime for Windows的NTX库中的功能与实时软件进行通信。

    2)下图中软件体系结构将Windows和实时应用程序隔离开来,以提供完整的Windows功能,同时确保控制操作的确定性。设计,诊断,优化和设置运动控制系统应用程序所需的所有必要接口均在Windows下运行,而所得的包括机器接口在内的控制代码则在TenAsys的INtime for Windows下实时运行。

     虹科是一家在工业自动化领域,特别是工业总线通讯行业经验超过10年的高科技公司。虹科工业通讯事业部与世界知名的工业通讯专家【PEAK-System,Hilscher,Kunbus,SYS TEC,Koenig-Pa,Port,Copa-data,TenAsys,SoC-e、RELYUM】等深度合作,提供业内顶尖水平的工业总线协议软硬件解决方案,协议类型包含【CAN、CANopen、EtherCAT、Profibus、Profinet、Ethernet/IP、TSN】等,产品类型包含代码、软件、芯片、板卡、模块等。虹科工业通讯以客户需求为导向,以技术能力为基础,为国内企业提供最适合的产品和最满意的服务。特别是在工业4.0的大环境下,虹科工业通讯与时俱进,推出了TSN(时间敏感网络)的解决方案,后者将在推动万物互联的潮流中扮演着如高速公路般的连接作用。

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  •  实时操作系统(RTOS)是指当外界事件或数据产生时,能够接受并以足够快的速度予以处理,其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统作出快速响应,并控制所有实时任务协调一致运行操作系统。...

    1. 什么是实时操作系统?

           实时操作系统(RTOS)是指当外界事件或数据产生时,能够接受并以足够快的速度予以处理,其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统作出快速响应,并控制所有实时任务协调一致运行的操作系统。其特点是及时响应和高可靠性。实时系统又分为硬实时系统和软实时系统,硬实时系统要求在规定的时间内必须完成操作,这是在操作系统设计时保证的;软实时则只要按照任务的优先级,尽可能快地完成操作即可。

    2. 什么是分时操作系统?

           使一台计算机同时为几个、几十个甚至几百个用户服务的一种操作系统。把计算机与许多终端用户连接起来,分时操作系统将系统处理机时间与内存空间按一定的时间间隔,轮流地切换给各终端用户的程序使用(时间片的概念)。由于时间间隔很短,每个用户的感觉就像他独占计算机一样。

    3. 实时操作系统需要满足哪些特征?

           多任务:由于真实世界的事件的异步性,能够运行许多并发进程或任务是很重要的。多任务提供了一个较好的对真实世界的匹配,因为它允许对应于许多外部事件的多线程执行。系统内核分配CPU给这些任务来获得并发性。

           抢占调度:真实世界的事件具有继承的优先级,在分配CPU的时候要注意到这些优先级。基于优先级的抢占调度,任务都被指定了优先级,在能够执行的任务(没有被挂起或正在等待资源)中,优先级最高的任务被分配CPU资源。换句话说,当一个高优先级的任务变为可执行态,它会立即抢占当前正在运行的较低优先级的任务。

           任务间的通讯与同步:在一个实时系统中,可能有许多任务作为一个应用的一部分执行。系统必须提供这些任务间的快速且功能强大的通信机制。内核也要提供为了有效地共享不可抢占的资源或临界区所需的同步机制。

           任务与中断之间的通信:尽管真实世界的事件通常作为中断方式到来,但为了提供有效的排队、优先化和减少中断延时,我们通常希望在任务级处理相应的工作。所以需要在任务级和中断级之间存在通信。

    4. 分时操作系统需要满足哪些特征?

           交互性:用户与系统进行人机对话。 
           多路性:多用户同时在各自终端上使用同一CPU。 
           独立性:用户可彼此独立操作,互不干扰,互不混淆。 
           及时性:用户在短时间内可得到系统的及时回答。 

    5. 实时操作系统主要应用领域

           主要应用于过程控制、数据采集、通信、多媒体信息处理等对时间敏感的场合。例如:机器人的运动控制、无人驾驶等。

    6. 分时操作系统主要应用领域

           现在流行的PC,服务器都是采用这种运行模式,即把CPU的运行分成若干时间片分别处理不同的运算请求。

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  •  实时操作系统(RTOS)是指当外界事件或数据产生时,能够接受并以足够快的速度予以处理,其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统作出快速响应,并控制所有实时任务协调一致运行操作系统。...
    分时操作系统与实时操作系统

    实时操作系统  实时操作系统
      英文称Real Time Operating System,简称RTOS。
      1.实时操作系统定义
      实时操作系统(RTOS)是指当外界事件或数据产生时,能够接受并以足够快的速度予以处理,其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统作出快速响应,并控制所有实时任务协调一致运行的操作系统。因而,提供及时响应和高可靠性是其主要特点。实时操作系统有硬实时和软实时之分,硬实时要求在规定的时间内必须完成操作,这是在操作系统设计时保证的;软实时则只要按照任务的优先级,尽可能快地完成操作即可。我们通常使用的操作系统在经过一定改变之后就可以变成实时操作系统。
      实时操作系统是保证在一定时间限制内完成特定功能的操作系统。例如,可以为确保生产线上的机器人能获取某个物体而设计一个操作系统。在“硬”实时操作系统中,如果不能在允许时间内完成使物体可达的计算,操作系统将因错误结束。在“软”实时操作系统中,生产线仍然能继续工作,但产品的输出会因产品不能在允许时间内到达而减慢,这使机器人有短暂的不生产现象。一些实时操作系统是为特定的应用设计的,另一些是通用的。一些通用目的的操作系统称自己为实时操作系统。但某种程度上,大部分通用目的的操作系统,如微软的Windows NT或IBM的OS/390有实时系统的特征。这就是说,即使一个操作系统不是严格的实时系统,它们也能解决一部分实时应用问题。
      2.实时操作系统的特征
      1)多任务;
      2)有线程优先级
      3)多种中断级别
      小的嵌入式操作系统经常需要实时操作系统,内核要满足实时操作系统的要求。
      3.实时操作系统的相关概念
      (1)基本概念
      代码临界段:指处理时不可分割的代码。一旦这部分代码开始执行则不允许中断打入;
      资源:任何为任务所占用的实体;
      共享资源:可以被一个以上任务使用的资源;
      任务:也称作一个线程,是一个简单的程序。每个任务被赋予一定的优先级,有它自己的一套CPU寄存器和自己的栈空间。典型地,每个任务都是一个无限的循环,每个任务都处在以下五个状态下:休眠态,就绪态,运行态,挂起态,被中断态;
      任务切换:将正在运行任务的当前状态(CPU寄存器中的全部内容)保存在任务自己的栈区,然后把下一个将要运行的任务的当前状态从该任务的栈中重新装入CPU的寄存器,并开始下一个任务的运行;
      内核:负责管理各个任务,为每个任务分配CPU时间,并负责任务之间通讯。分为不可剥夺型内核于可剥夺型内核;
      调度:内核的主要职责之一,决定轮到哪个任务运行。一般基于优先级调度法;
      (2)关于优先级的问题
      任务优先级:分为优先级不可改变的静态优先级和优先级可改变的动态优先级;
      优先级反转:优先级反转问题是实时系统中出现最多的问题。共享资源的分配可导致优先级低的任务先运行,优先级高的任务后运行。解决的办法是使用“优先级继承”算法来临时改变任务优先级,以遏制优先级反转。
      (3)互斥
      虽然共享数据区简化了任务之间的信息交换,但是必须保证每个任务在处理共享共享数据时的排他性。使之满足互斥条件的一般方法有:关中断,使用测试并置位指令(TAS),禁止做任务切换,利用信号量。
      因为采用实时操作系统的意义就在于能够及时处理各种突发的事件,即处理各种中断,因而衡量嵌入式实时操作系统的最主要、最具有代表性的性能指标参数无疑应该是中断响应时间了。中断响应时间通常被定义为:
      中断响应时间=中断延迟时间+保存CPU状态的时间+该内核的ISR进入函数的执行时间[2]。
      中断延迟时间=MAX(关中断的最长时间,最长指令时间) + 开始执行ISR的第一条指令的时间[2]。

    --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

    分时操作系统  【词语】:分时操作系统
      【注音】:fēn shí cāo zuò xì tǒng
      【英文】:Time-sharing Operating System
      【释义】:使一台计算机同时为几个、几十个甚至几百个用户服务的一种操作系统。把计算机与许多终端用户连接起来,分时操作系统将系统处理机时间与内存空间按一定的时间间隔,轮流地切换给各终端用户的程序使用。由于时间间隔很短,每个用户的感觉就像他独占计算机一样。分时操作系统的特点是可有效增加资源的使用率。例如UNIX系统就采用剥夺式动态优先的CPU调度,有力地支持分时操作。
      产生分时系统是为了满足用户需求所形成的一种新型 OS 。它与多道批处理系统之间,有着截然不同的性能差别。用户的需求具体表现在以下几个方面: 人—机交互 共享主机 便于用户上机 
      分时系统的基本思想 
      时间片 :是把计算机的系统资源(尤其是 CPU时间)进行时间上的分割,每个时间段称为一个时间片,每个用户依次轮流使用时间片。 
      分时技术:把处理机的运行时间分为很短的时间片,按时间片轮流把处理机分给各联机作业使用。 
      分时操作系统:是一种联机的多用户交互式的操作系统。一般采用时间片轮转的方式使一台计算机为多个终端服务。对每个用户能保证足够快的响应时间,并提供交互会话能力。 
      设计目标: 对用户的请求及时响应,并在可能条件下尽量提高系统资源的利用率。 
      适合办公自动化、教学及事务处理等要求人机会话的场合。 
      工作方式: 
      一台主机连接了若干个终端;每个终端有一个用户在使用;交互式地向系统提出命令请求;系统接受每个用户的命令;采用时间片轮转方式处理服务请求;并通过交互方式在终端上向用户显示结果;用户根据上步结果发出下道命令 
      分时系统实现中的关键问题:及时接收。及时处理。 
      特征: 
      交互性:用户与系统进行人机对话。 
      多路性:多用户同时在各自终端上使用同一CPU。 
      独立性:用户可彼此独立操作,互不干扰,互不混淆。 
      及时性:用户在短时间内可得到系统的及时回答。 
      影响响应时间的因素:终端数目多少、时间片的大小、信息交换量、信息交换速度。

    ------------------------------------------------------------------------------------------------------------

    例子:

    分时——现在流行的PC,服务器都是采用这种运行模式,即把CPU的运行分成若干时间片分别处理不同的运算请求
    实时——一般用于单片机上,比如电梯的上下控制中,对于按键等动作要求进行实时处理


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  •  实时操作系统(RTOS)是指当外界事件或数据产生时,能够接受并以足够快的速度予以处理,其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统作出快速响应,并控制所有实时任务协调一致运行操作系统。...
    实时操作系统  实时操作系统
      英文称Real Time Operating System,简称RTOS。
      1.实时操作系统定义
      实时操作系统(RTOS)是指当外界事件或数据产生时,能够接受并以足够快的速度予以处理,其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统作出快速响应,并控制所有实时任务协调一致运行的操作系统。因而,提供及时响应和高可靠性是其主要特点。实时操作系统有硬实时和软实时之分,硬实时要求在规定的时间内必须完成操作,这是在操作系统设计时保证的;软实时则只要按照任务的优先级,尽可能快地完成操作即可。我们通常使用的操作系统在经过一定改变之后就可以变成实时操作系统。
      实时操作系统是保证在一定时间限制内完成特定功能的操作系统。例如,可以为确保生产线上的机器人能获取某个物体而设计一个操作系统。在“硬”实时操作系统中,如果不能在允许时间内完成使物体可达的计算,操作系统将因错误结束。在“软”实时操作系统中,生产线仍然能继续工作,但产品的输出会因产品不能在允许时间内到达而减慢,这使机器人有短暂的不生产现象。一些实时操作系统是为特定的应用设计的,另一些是通用的。一些通用目的的操作系统称自己为实时操作系统。但某种程度上,大部分通用目的的操作系统,如微软的Windows NT或IBM的OS/390有实时系统的特征。这就是说,即使一个操作系统不是严格的实时系统,它们也能解决一部分实时应用问题。
      2.实时操作系统的特征
      1)多任务;
      2)有线程优先级
      3)多种中断级别
      小的嵌入式操作系统经常需要实时操作系统,内核要满足实时操作系统的要求。
      3.实时操作系统的相关概念
      (1)基本概念
      代码临界段:指处理时不可分割的代码。一旦这部分代码开始执行则不允许中断打入;
      资源:任何为任务所占用的实体;
      共享资源:可以被一个以上任务使用的资源;
      任务:也称作一个线程,是一个简单的程序。每个任务被赋予一定的优先级,有它自己的一套CPU寄存器和自己的栈空间。典型地,每个任务都是一个无限的循环,每个任务都处在以下五个状态下:休眠态,就绪态,运行态,挂起态,被中断态;
      任务切换:将正在运行任务的当前状态(CPU寄存器中的全部内容)保存在任务自己的栈区,然后把下一个将要运行的任务的当前状态从该任务的栈中重新装入CPU的寄存器,并开始下一个任务的运行;
      内核:负责管理各个任务,为每个任务分配CPU时间,并负责任务之间通讯。分为不可剥夺型内核于可剥夺型内核;
      调度:内核的主要职责之一,决定轮到哪个任务运行。一般基于优先级调度法;
      (2)关于优先级的问题
      任务优先级:分为优先级不可改变的静态优先级和优先级可改变的动态优先级;
      优先级反转:优先级反转问题是实时系统中出现最多的问题。共享资源的分配可导致优先级低的任务先运行,优先级高的任务后运行。解决的办法是使用“优先级继承”算法来临时改变任务优先级,以遏制优先级反转。
      (3)互斥
      虽然共享数据区简化了任务之间的信息交换,但是必须保证每个任务在处理共享共享数据时的排他性。使之满足互斥条件的一般方法有:关中断,使用测试并置位指令(TAS),禁止做任务切换,利用信号量。
      因为采用实时操作系统的意义就在于能够及时处理各种突发的事件,即处理各种中断,因而衡量嵌入式实时操作系统的最主要、最具有代表性的性能指标参数无疑应该是中断响应时间了。中断响应时间通常被定义为:
      中断响应时间=中断延迟时间+保存CPU状态的时间+该内核的ISR进入函数的执行时间[2]。
      中断延迟时间=MAX(关中断的最长时间,最长指令时间) + 开始执行ISR的第一条指令的时间[2]。
    
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    分时操作系统  【词语】:分时操作系统
      【注音】:fēn shí cāo zuò xì tǒng
      【英文】:Time-sharing Operating System
      【释义】:使一台计算机同时为几个、几十个甚至几百个用户服务的一种操作系统。把计算机与许多终端用户连接起来,分时操作系统将系统处理机时间与内存空间按一定的时间间隔,轮流地切换给各终端用户的程序使用。由于时间间隔很短,每个用户的感觉就像他独占计算机一样。分时操作系统的特点是可有效增加资源的使用率。例如UNIX系统就采用剥夺式动态优先的CPU调度,有力地支持分时操作。
      产生分时系统是为了满足用户需求所形成的一种新型 OS 。它与多道批处理系统之间,有着截然不同的性能差别。用户的需求具体表现在以下几个方面: 人—机交互 共享主机 便于用户上机 
      分时系统的基本思想 
      时间片 :是把计算机的系统资源(尤其是 CPU时间)进行时间上的分割,每个时间段称为一个时间片,每个用户依次轮流使用时间片。 
      分时技术:把处理机的运行时间分为很短的时间片,按时间片轮流把处理机分给各联机作业使用。 
      分时操作系统:是一种联机的多用户交互式的操作系统。一般采用时间片轮转的方式使一台计算机为多个终端服务。对每个用户能保证足够快的响应时间,并提供交互会话能力。 
      设计目标: 对用户的请求及时响应,并在可能条件下尽量提高系统资源的利用率。 
      适合办公自动化、教学及事务处理等要求人机会话的场合。 
      工作方式: 
      一台主机连接了若干个终端;每个终端有一个用户在使用;交互式地向系统提出命令请求;系统接受每个用户的命令;采用时间片轮转方式处理服务请求;并通过交互方式在终端上向用户显示结果;用户根据上步结果发出下道命令 
      分时系统实现中的关键问题:及时接收。及时处理。 
      特征: 
      交互性:用户与系统进行人机对话。 
      多路性:多用户同时在各自终端上使用同一CPU。 
      独立性:用户可彼此独立操作,互不干扰,互不混淆。 
      及时性:用户在短时间内可得到系统的及时回答。 
      影响响应时间的因素:终端数目多少、时间片的大小、信息交换量、信息交换速度。
    
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    例子:
    
    分时——现在流行的PC,服务器都是采用这种运行模式,即把CPU的运行分成若干时间片分别处理不同的运算请求
    实时——一般用于单片机上,比如电梯的上下控制中,对于按键等动作要求进行实时处理
    
    
    
    **linux是分时系统,不过可以改成实时的如:UCOS就是linux修改而来的实时系统,至于他们的区别,下以引用百度中的类似回答,个人感觉简单明了:“分时系统是 一个系统可以同时为两个或两个以上的账户服务!
    实时系统 是能立即对指令做出反应的操作系统!微软的常见系统不能吧!而且还死机!战斗机中的操作系统就是实时的系统,想想如果别人打仗时战斗机中的电脑反应的是飞行员上一条指令或死机了,谁还敢开这架飞机呢?”**
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