Introducción a Sistemas de Tiempo Real Rodrigo Camacho I Gabriel Sepúlveda V Programación de Sistemas Segundo Semestre 2005.

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1 Introducción a Sistemas de Tiempo Real Rodrigo Camacho I Gabriel Sepúlveda V Programación de Sistemas Segundo Semestre 2005

2 Idea Principal Un sistema operativo de tiempo real nace bajo la necesidad de poder responder a los requerimientos de determinadas tareas críticas al tiempo en que ellos se producen. Estrategia: Administrar los recursos computacionales adecuadamente para manejar tareas en tiempo real, por ejemplo interrupciones. Tratar a Linux como una tarea de baja prioridad insertando un microkernel de tiempo real.

3 S.O. Tradicional Arquitectura de sistema operativo: La memoria física se divide en espacio usuario y espacio kernel. Arquitectura de sistema operativo: La memoria física se divide en espacio usuario y espacio kernel. El kernel maneja aplicaciones del espacio usuario. El kernel maneja aplicaciones del espacio usuario.

4 Las principales labores de un sistema operativo son: Gestión y planificación de procesos. Gestión y planificación de procesos. Gestión de memoria. Gestión de memoria. Interacción con el hardware. Interacción con el hardware. Servidor de archivos. Servidor de archivos. Servidor de comunicaciones Servidor de comunicaciones S.O. Tradicional La principal función de un S.O en tiempo real es proveer un servicio adecuado a las aplicaciones que requieran respuesta en un intervalo de tiempo determinado.

5 ¿Qué implica insertar un microkernel? capacidad de interceptar y tratar las interrupciones de hardware con el fin de minimizar los tiempos de espera. capacidad de interceptar y tratar las interrupciones de hardware con el fin de minimizar los tiempos de espera. S.O. de Tiempo Real

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7 Se cuantifica esta propiedad mediante dos medidas del tiempo de respuesta: Latencia: tiempo desde que se produce una interrupción (sofware o hardware) hasta que se ejecuta la primera rutina de tratamiento. Latencia: tiempo desde que se produce una interrupción (sofware o hardware) hasta que se ejecuta la primera rutina de tratamiento. Jitter : el periodo de Jitter cuantifica las desviaciones temporales que presenta la ejecuación de una tarea periódica con respecto al tiempo que demora cada ciclo. Jitter : el periodo de Jitter cuantifica las desviaciones temporales que presenta la ejecuación de una tarea periódica con respecto al tiempo que demora cada ciclo. S.O. de Tiempo Real

8 En conclusión: Un sistema operativo de tiempo real deberá asegurar valores bajos de Latencia y Jitter, y dentro de márgenes de variación máxima determinados. S.O. de Tiempo Real

9 Tipos de Tiempo Real Tiempo real estricto(Hard Real Time): aplicaciones que tienen plazos estrictos y resulución de tiempo muy fina. Ej: un robot que maneja autos. Tiempo real estricto(Hard Real Time): aplicaciones que tienen plazos estrictos y resulución de tiempo muy fina. Ej: un robot que maneja autos. Tiempo real flexible(Soft Real Time): aplicaciones que tienen plazos flexibles y resolución de tiempo no muy fina. Ej: editor de texto. Tiempo real flexible(Soft Real Time): aplicaciones que tienen plazos flexibles y resolución de tiempo no muy fina. Ej: editor de texto. Tiempo real firme(Firm Real Time): aplicaciones que permiten fallar algunos plazos pero que requieren resulución de tiempo muy fina. Tiempo real firme(Firm Real Time): aplicaciones que permiten fallar algunos plazos pero que requieren resulución de tiempo muy fina.

10 En la actualidad hay dos corrientes de diseño: En la actualidad hay dos corrientes de diseño: Atención prioritaria en el kernel estándar (Preemptable kernel): Se realizan modificaciones al kernel. Modificaciones sobre le kernel estándar(Patch): Se añade un kernel dual para manejar RT. Estructura de un S.O. de Tiempo Real

11 Entonces... Este micro-kernel intercepta las interrupciones hardware y asegura que las tareas de tiempo real ejecuten con la mayor prioridad posible de forma que la latencia se minimice. la latencia se minimice. Ejemplo de implementación de esta metodología son RTLinux y RTAI. RTLinux y RTAI.

12 Instalando RTAI Debe recompilarse el kernel parchado. Debe recompilarse el kernel parchado. Instalar Debian, preferentemente usando sistema de archivos ext3. Instalar Debian, preferentemente usando sistema de archivos ext3. Descargar el kernel fuente: Descargar el kernel fuente: apt-get install kernel-source-version. Extraer el kernel fuente: Extraer el kernel fuente: cd /usr/src/ tar xjf kernel-source-version.

13 Parchar el kernel con RTAI. Descargar rtai-24.1.11.tgz en home/my_home Descargar rtai-24.1.11.tgz en home/my_home Tar xzf rtai-24.1.11.tgz Tar xzf rtai-24.1.11.tgz Cd /usr/src/linux Cd /usr/src/linux su su patch –p1 < /home/my_home/rtai- 24.1.11/patches/patch-2.4.18-rthal15g patch –p1 < /home/my_home/rtai- 24.1.11/patches/patch-2.4.18-rthal15g

14 Compilar kernel (con patch). cd /usr/src cd /usr/src ln –s kernel-source-version linux ln –s kernel-source-version linux cd Linux cd Linux make xconfig (o también: gconfig, menuconfig) make xconfig (o también: gconfig, menuconfig) make dep make dep make bzImage make bzImage

15 make modules make modules make module_installl make module_installl cp arch/i386/boot/bxImage /boot cp arch/i386/boot/bxImage /boot En nuestro caso se utilizó el gestor de arranque grub por lo que agregamos la nueva editando el archivo /boot/grub/menu.lst En nuestro caso se utilizó el gestor de arranque grub por lo que agregamos la nueva editando el archivo /boot/grub/menu.lst Finalente rebooteamos para comprobar la correcta instalación. Finalente rebooteamos para comprobar la correcta instalación. Compilar kernel (con patch).

16 Compilar RTAI. Se compila RTAI. Se compila RTAI. Se comprueba su funcionamiento con programas de prueba incorporados. Se comprueba su funcionamiento con programas de prueba incorporados.

17 Proceso de desarrollo de RTAI.