Kapan kita membutuhkan Sistem Operasi dalam Desain Sistem Tertanam?

Saya telah menulis banyak kode logam kosong untuk prosesor PIC dan x86. Dapatkah seseorang memberi tahu saya bagaimana dan kapan saya perlu sistem operasi? Sebaliknya, aplikasi atau situasi apa yang dapat ditangani atau tanpa sistem operasi juga?

Aturan praktis saya adalah bahwa Anda harus mempertimbangkan sistem operasi jika produk memerlukan satu atau lebih dari yang berikut: tumpukan TCP / IP (atau tumpukan jaringan kompleks lainnya), GUI kompleks (mungkin yang dengan objek GUI seperti jendela dan acara) ), atau sistem file.

Jika Anda telah melakukan beberapa pengkodean bare metal maka Anda mungkin akrab dengan arsitektur program super-loop . Jika persyaratan firmware produk cukup sederhana untuk diimplementasikan dengan super-loop yang dapat dipertahankan (dan mudah-mudahan agak dapat diperpanjang) maka Anda mungkin tidak memerlukan sistem operasi.

Dengan meningkatnya persyaratan perangkat lunak, super-loop menjadi lebih kompleks. Ketika persyaratan perangkat lunak sangat banyak sehingga super-loop menjadi terlalu kompleks atau tidak dapat memenuhi persyaratan real-time dari sistem maka sekarang saatnya untuk mempertimbangkan arsitektur lain.

Arsitektur RTOS memungkinkan Anda membagi persyaratan perangkat lunak menjadi tugas. Jika dilakukan dengan benar, ini menyederhanakan implementasi setiap tugas. Dan dengan memprioritaskan tugas, RTOS dapat membuatnya lebih mudah untuk memenuhi persyaratan waktu-nyata. Namun, RTOS bukanlah obat mujarab. RTOS meningkatkan kompleksitas sistem secara keseluruhan dan membuka Anda hingga jenis bug baru (seperti deadlock). Sebagai alternatif untuk RTOS, Anda mungkin mempertimbangkan dan arsitektur mesin keadaan berbasis peristiwa (seperti QP ).

Jika produk Anda memiliki jaringan, GUI yang kompleks, dan sistem file maka Anda mungkin berada pada titik di mana Anda harus mempertimbangkan sistem operasi berfitur lengkap seperti VxWorks, Windows, atau Linux. Sistem operasi berfitur lengkap akan menyertakan driver untuk detail tingkat rendah dan memungkinkan Anda untuk fokus pada aplikasi Anda.

Ini benar-benar tergantung pada definisi Anda tentang 'sistem tertanam'. Mungkin ada beberapa yang akan mengklaim bahwa jika itu bukan pemrograman bare-metal, itu tidak tertanam (yang menghalangi pertanyaan Anda), tetapi saya akan tidak setuju dengan itu - saya berpendapat bahwa sistem apa pun yang dirancang untuk melakukan hanya satu fungsi, yaitu, hanya menjalankan satu 'aplikasi' tertentu, dapat disebut sistem tertanam.

Yang mengatakan, itu harus cukup mudah untuk membayangkan situasi yang akan mendapat manfaat dari layanan OS penuh sesak nafas. Sebagai contoh, di mana saya bekerja, sangat umum untuk menemukan orang membangun alat uji di atas suite desain instrumentasi yang berjalan di atas jendela. Sistem-sistem ini dikonfigurasikan untuk mem-boot ke konfigurasi stasiun pengujian dan mengunci penggunaan umum (untuk mencegah kerusakan stasiun) dan karena itu dapat dikatakan sebagai sistem tertanam.

Namun, hanya membeli modul I / O yang tidak tersedia, menghubungkannya ke PC mount rack, dan menyiapkan konfigurasi dalam GUI mungkin gagal memenuhi syarat sebagai desain sistem tertanam untuk beberapa orang. Untuk situasi yang tidak terlalu mencolok, pertimbangkan pengontrol proses khusus dengan FPGA, yang ingin Anda lakukan pencatatan data mewah. Anda mungkin menanamkan sistem prosesor soft-core (dengan BSP yang ada) dan menjalankan linux realtime untuk menjalankan tumpukan jaringan (untuk logging dan NTP Anda dll) dan melakukan semua hal lain dalam logika.

Aturan praktis saya (sangat kabur) adalah jika Anda memerlukan lebih dari satu utas kontrol (katakan setidaknya satu perangkat yang melibatkan protokol atau mesin negara plus sesuatu yang harus dilakukan) maka beberapa perangkat lunak OSish akan membuat hidup Anda lebih mudah

Sebuah pertanyaan lama tapi saya akan berkomentar.

Bahkan jika Anda tidak memiliki tumpukan jaringan atau yang serupa, pada titik di mana Anda memerlukan penjadwal tugas karena Anda memiliki cukup proses dalam aplikasi tertanam Anda, Anda mungkin mempertimbangkan RTOS. Menulis penjadwal multitasking kooperatif berbasis waktu yang sederhana tidaklah sulit, tetapi memastikan proses yang macet tidak akan memblokir aplikasi yang tersisa dan hal itu membutuhkan waktu untuk memperbaikinya. Anda perlu menerapkan sistem prioritas dengan semacam ketentuan untuk membuat proses turun dalam antrian jika belum selesai.

RTOS juga memberi Anda hal-hal seperti perlindungan memori dan sejenisnya yang membuatnya lebih mudah untuk melacak beberapa kesalahan umum dalam kode C tetapi mikrokontroler sederhana mungkin tidak mampu menangani perlindungan memori yang kompleks. Misalnya MSP430 memungkinkan Anda untuk memisahkan kode dan data dalam tingkat tinggi tetapi tidak ada kontrol akses memori yang bagus.

Sistem operasi sebenarnya menjembatani kesenjangan antara perangkat keras dan perangkat lunak aplikasi (melalui driver perangkat). Dengan kata lain, ini menyediakan platform tingkat tinggi untuk programmer yang pada akhirnya mengurangi kompleksitas kode. Dan selanjutnya, sistem operasi menyediakan platform yang kuat dan fleksibel untuk pelaksanaan aplikasi.