o латентную задержку прерывания (т. е. время от момента прерывания до момента запуска задачи): она должна быть предсказуема и согласована с требованиями приложения. Эта величина зависит от числа одновременно "висящих" прерываний;
o максимальное время выполнения каждого системного вызова (должно быть предсказуемым и независимым от числа объектов в системе);
o максимальное время маскирования прерываний драйверами и ОС.
o системные уровни прерываний;
o уровни прерываний драйверов устройств, их временные характеристики и т. д.
На сегодняшний день существует более 100 коммерческих ОСРВ. Есть множество бесплатных (или условно бесплатных) СРВ и систем, имеющих статус исследовательских или университетских проектов. Сначала рассмотрим краткое описание некоторых систем реального времени, а затем более подробно остановимся на СРВ Win NT RTX, как наиболее перспективной системе.
Операционная система QNX является разработкой канадской компании QNX Software System Ltd (1981).
Операционная система QNX представляет собой гибрид 16/32-битовой операционной системы, которую пользователь может конфигурировать по своему усмотрению. Наиболее часто она применяется для создания систем, работающих в реальном масштабе времени. Время, необходимое для полной инсталляции системы, включая сетевые средства, составляет всего 10-15 мин, после чего можно начинать работу. Нетребовательность системы к ресурсам проявляется уже в том, что система с необходимой и достаточной средой разработки в виде компилятора Watcom C/C++ (основной компилятор для QNX) умещается на 10 Мб.
QNX - первая коммерческая ОС, построенная на принципах микроядра и обмена сообщениями. Система реализована в виде совокупности независимых (но взаимодействующих через обмен сообщениями) процессов различного уровня (менеджеры и драйверы), каждый из которых реализует определенный вид сервиса.
Эти идеи позволили добиться нескольких важнейших преимуществ:
o предсказуемость, означающая ее применимость к задачам жесткого реального времени. Ни одна версия UNIX не может достичь подобного качества, поскольку код ядра слишком велик. Любой системный вызов из обработчика прерывания в UNIX может привести к непредсказуемой задержке (как и в Windows NT);
o масштабируемость и эффективность, достигаемые оптимальным использованием ресурсов и означающие ее применимость для встроенных (embedded) систем. В каталоге dev присутствуют только необходимые для поставленных задач файлы, соответствующие нужным драйверам. Драйверы и менеджеры можно запускать и удалять (кроме файловой системы) динамически, просто из командной строки. Возможна также покупка только тех модулей, которые реально необходимы для обеспечения нужных функций;
o расширяемость и надежность одновременно, поскольку написанный драйвер не нужно компилировать в ядро, рискуя вызвать нестабильность системы.
Система построена по технологии FLEET [Fault-tolerance (отказоустойчивая), Load-bаlаncing (регулирующая нагрузку), Еffiсiеnt (эффективная), Ехtеnsible (расширяемая), Тгаnsparent (прозрачная)], которая характеризуетмя следующим. QNX является ОСРВ на основе микроядра (размером около 10 Кб). В качестве основного средства взаимодействия между процессами система использует передачу сообщений. Благодаря этому в 32-битовой среде возможно взаимодействие процессов с 32 и 16-битовыми кодами, причем сообщения передаются между любыми процессами, независимо от того, находятся ли процессы на одном компьютере или на разных узлах сети. Пользователь, работая на одном из узлов сети, может иметь доступ к любым ресурсам остальных узлов, включая порты, файловую систему и задачи. Пользователю нет необходимости вникать в сетевой протокол, который, кстати, не является тайной, вплоть до его структуры. Он содержит пакеты, которые применяются и для передачи сообщений. Сетевой администратор распознает эти пакеты и переправляет микроядру, которое, в свою очередь, переправляет их в шину локальных сообщений. QNX распознает не только пакеты сообщений QNX-процессов. Можно также легко обращаться к сетевому администратору для передачи таких пакетных протоколов, как TCP/IP, 8MB и др. Возможно обращение к различным сетевым администраторам через один кабель.
Операционная система QNX объединяет всю сеть ПК в единый набор ресурсов с абсолютной прозрачностью доступа к ним. Узлы могут добавляться и исключаться из сети, не влияя на целостность системы. Сетевая обработка данных в QNX является настолько гибкой, что можно объединить в одну сеть любой разнородный набор Intel совместимых компьютеров, соединенных через Arcnet, Ethernet, Token Ring или через последовательный порт, к которому также может быть подключен модем. Кроме того, возможно участие компьютера одновременно в нескольких сетях, и если одна из них окажется перегруженной или выйдет из строя, то QNX автоматически будет использовать другие доступные сети без потери информации.
QNX имеет некоторые ограничения, связанные с ориентацией системы на рынок встроенных систем реального времени:
o нет поддержки SMP;
o отсутствует запись виртуальной памяти на диск;
o неэффективная и нестандартная поддержка нитей;
o неполноценная реализация отображения файлов в памяти;
o нетподдержки UNIX-domain sockets;
o слабые средства безопасности в рамках собственного сетевого протокола.
Несмотря на присущие минусы, для QNX разработано множество пользовательских программ, например, базы данных, которые по производительности часто превосходят аналоги под управлением других операционных систем.
В состав QNX входят графическая оболочка Photon microGUI — полнофункциональная и в то же время встраиваемая оконная среда с расширяемой подсистемой мультимедиа и поддержкой аппаратно независимого многослойного интерфейса. В её состав также включены масштабируемые шрифты и встроенная поддержка Unicode; широкий спектр файловых систем, включая образную файловую систему, файловую систему в ОЗУ или ППЗУ Flash, файловые системы QNX, Linux, DOS, CD - ROM, DVD, NFS, CIFS, пакетную файловую систему и файловую систему со сжатием; ядро с поддержкой SMP — стандартное микроядро можно заменить на SMP совместимое, предоставляющее настоящую поддержку тесно связанного SMP для многопроцессорных плат на основе MIPS, PowerPC и x 86; администратор систем высокой готовности поддерживает квитанции работоспособности для ранней диагностики отказов и предоставляет интеллектуальные механизмы перезапуска отказавших компонентов; поддержка Java две среды исполнения, оптимизированные для QNX: WebSphere Embedded Environment (стандарт Java Powered ) и WebSphere Custom Environment; POSIX API поддержка POSIX 1003.1-2003, включая многопоточность, расширения реального времени и множество других опций; стеки TCP / IP — встраиваемый стек, стек NetBSD или расширенный стек NetBSD с поддержкой IPSec и IPv6; отказоустойчивый сетевой интерфейс в QNX приложениях могут прозрачно взаимодействовать по резервированным сетевым соединениям. Если одно соединение нарушается, ОС автоматически перенаправит сетевой трафик по одному или нескольким альтернативным маршрутам. Поддерживается также балансировка нагрузки между всеми доступными соединениями для увеличения пропускной способности. Функции реального времени QNX обеспечивает быстрое, предсказуемое время реакции за счёт вытесняющего планирования, сверхмалых задержек обработки прерываний, распределённого наследования приоритетов и многих других реализованных в ней современных механизмов. В поставку профессионального пакета QNX Momentics входит всё, что необходимо на каждом этапе разработки системы, от встраивания на процессорную плату до системного анализа. Помимо графической IDE разработчики могут использовать и обычный командностроковый инструментарий, получая абсолютно такие же бинарные модули и контекст. QNX Momentics обеспечивает разработчикам свободу выбора инструментария разработки, так как его интегрированная среда основана на Eclipse — открытой платформе, поддерживаемой большим и постоянно расширяющимся сообществом компаний производителей. Eclipse также предоставляет расширяемую архитектуру подключаемых модулей, позволяющую QNX Momentics работать с практически любым типом информационного содержания. Например, в состав QNX Momentics входит множество подключаемых модулей для разработки и анализа встраиваемых образов, исходных текстов на C/C++ и прочих объектов, характерных для встраиваемых систем. Поддержка множества языков программирования ( C, C++, встраиваемый C++ или Java ), инструментальных ОС ( Windows, Solaris или QNX ) и целевых процессоров (ARM, MIPS, PowerPC, SH -4, StrongARM, XScale или x86) позволяет существенно сократить время разработки проекта независимо от его масштаба и сложности.
Средства разработки кода QNX Momentics включают в себя:
o «мастера» проектов,
o редакторы кода,
o средства управления исходными текстами,
o средства построения проектов.
QNX Momentics поддерживает большое количество широко распространённых библиотек, включая
o ANSI C,
o POSIX,
o Dinkum C++, полная версия,
o Dinkum C++, встраиваемая версия с сокращенной STL ,
o GNU C++ (только для x86),
o сжатие,
o сеть,
o графика,
o виджеты,
o XML.
Использование стандартных инструментов включает в себя:
o GCC v2.95x, GDB v5.x,
o LD v2.10.x, поддерживаетсяэмуляция: i386nto, armnto, elf32bmpinto, elf32ppcnto, shielfnto,
o MAKE v3.79x,
o JDK 1.3 совместимый Java компилятор (с поддержкой инкрементной компиляции для увеличения производительности больших проектов).
IDE включает в себя встроенную поддержку протокола управления исходными текстами CVS включая поддержку удалённого сервера и доступ к защищенным репозитариям посредством sSh. Также поддерживается система управления исходными текстами ClearCase, поставляемая компанией Rational Software в виде подключаемого модуля для Eclipse.
Возможности:
o локальное управление версиями;
o распределённое управление версиями;
o поддержка журнала изменения файлов (кем и какие изменения внесены);