Jak działa RTOS w mikrokontrolerach

Cześć! Oczywiście, postaram się wytłumaczyć to jak najprościej.

RTOS (Real-Time Operating System) to system czasu rzeczywistego, który pozwala na kontrolę wielu zadań wykonywanych przez mikrokontroler w sposób uporządkowany i precyzyjny. Działanie RTOS na mikrokontrolerach, takich jak Arduino, opiera się na zasadzie przypisywania priorytetów i planowania zadań.

Oto krótka lista, jak RTOS działa na mikrokontrolerze Arduino:

1. Zadania: RTOS umożliwia podział programu na mniejsze zadania. Każde zadanie może wykonywać różne funkcje, np. sterować silnikiem, odczytywać czujniki, obsługiwać komunikację, itp. Zadania te są niezależne i powinny być odpowiednio zaprojektowane, aby działać w czasie rzeczywistym.

2. Priorytety: Każde zadanie ma przypisany priorytet, który określa jego ważność i czas odpowiedzi. Zadania o wyższych priorytetach zostaną wykonane przed zadaniami o niższych priorytetach. Dzięki temu system może skupić się na najważniejszych i najbardziej pilnych zadaniach.

3. Planowanie: RTOS zarządza planowaniem wykonania zadań. W oparciu o priorytety, system decyduje, które zadanie powinno być wykonane w danym momencie. Gdy zadanie o wyższym priorytecie zostaje aktywowane (np. ze względu na przerwanie lub upłynięcie określonego czasu), RTOS wstrzymuje bieżące zadanie i przechodzi do wykonania tego bardziej priorytetowego.

4. Synchronizacja: RTOS zapewnia mechanizmy synchronizacji między zadaniami. Dzięki nim można uniknąć konfliktów dostępu do wspólnych zasobów, takich jak pamięć czy porty wejścia-wyjścia. Synchronizacja pozwala na uporządkowane korzystanie z tych zasobów przez różne zadania.

5. Obsługa przerwań: RTOS musi być w stanie obsłużyć przerwania, które mogą wystąpić w trakcie wykonywania zadań. Dzięki obsłudze przerwań, mikrokontroler może reagować na zewnętrzne zdarzenia w czasie rzeczywistym.

Warto zauważyć, że nie wszystkie aplikacje na mikrokontrolerach wymagają użycia RTOS. Często, gdy projekt jest prosty i jednoznaczny, można pisać kod w sposób sekwencyjny, bez podziału na zadania. Jednak w bardziej zaawansowanych projektach, gdzie wiele zadań musi być wykonywanych jednocześnie, RTOS może znacznie ułatwić zarządzanie zadaniami i poprawić wydajność systemu.

Na platformie Arduino, istnieją różne biblioteki i systemy operacyjne czasu rzeczywistego dostępne dla programistów, takie jak FreeRTOS, które ułatwiają pracę z RTOS na mikrokontrolerach.

Mam nadzieję, że to wytłumaczenie było jasne! Jeśli masz jeszcze jakieś pytania, śmiało pytaj.

Tak po ludzku to po prostu zarządza umiejętnie zadaniami, czasem i pamięcią, żeby wszystko działało sprawnie i wydajnie ;)

W skrócie chodzi o to że program nie opiera się już na sekcji setup i loop tylko dzielimy kod na tzw. taski, które wykonują się naprzemiennie symulując w ten sposób reagowanie w czasie rzeczywistym. Z oczywistych zalet należy wymienić szybszy czas reakcji na zmianę sygnału z peryferiów np. jeśli zmieni się stan czujnika ruchu to program już nie musi przejśc całej pętli aby znowu dojść do instrukcji aktualizującej np zmienną przechowującą tę informację. RTOSy mają zaimplementowane różne mechaniki, np kolejki (służące do wymiany danych między taskami), mutexy, semafory i wiele innych. Ale to tylko kropla w morzu :)

Warto także wspomnieć, że istnieją dwie główne odmiany systemów czasu rzeczywistego:

- softRTOS (stworzony z myślą o jak najszybszym realizowaniu tasków)

- hardRTOS (dedykowany do zadań, które muszą zostać wykonane w ściśle określonym czasie)

https://www.digikey.pl/pl/articles/real-time-operating-systems-and-their-applications
Myślę że jest tu to dosyć dobrze wytłumaczone.