8. Стандарты осрв:

Стандарты для операционных систем реального времени (ОСРВ) разработаны для обеспечения совместимости, надёжности и предсказуемости в системах, где критически важны временные ограничения. Эти стандарты определяют требования к архитектуре, интерфейсам и поведению ОСРВ. Ниже приведены основные стандарты, связанные с ОСРВ:

8.1. Posix (Portable Operating System Interface):

POSIX — это набор стандартов, разработанных IEEE для обеспечения совместимости между операционными системами. Для ОСРВ наиболее важными являются следующие части стандарта POSIX:

• POSIX.1 (IEEE 1003.1): Определяет базовые интерфейсы для работы с файлами, процессами, потоками и синхронизацией. Включает функции для создания и управления потоками (threads), семафорами, мьютексами и условными переменными.

• POSIX.1b (IEEE 1003.1b): Расширяет POSIX.1, добавляя поддержку функций реального времени, таких как:

  • Приоритетное планирование задач.

  • Таймеры реального времени.

  • Семафоры реального времени.

  • Очереди сообщений.

  • Асинхронный ввод-вывод.

• POSIX.1c (IEEE 1003.1c): Определяет стандарты для многопоточности (threads), включая создание, управление и синхронизацию потоков.

Преимущества posix для осрв:

• Обеспечивает переносимость кода между различными ОСРВ.

• Упрощает разработку приложений за счёт стандартизированных интерфейсов.

• Поддерживает основные механизмы реального времени, такие как приоритетное планирование и синхронизация.

8.2. Arinc 653 (Avionics Application Standard Software Interface):

ARINC 653 — это стандарт, разработанный для авионики, но также применяемый в других отраслях, где требуется высокая надёжность и предсказуемость. Он определяет интерфейсы для ОСРВ, используемых в критически важных системах.

Основные особенности:

• Пространственная и временная изоляция: Приложения выполняются в изолированных разделах (partitions), что предотвращает влияние одного приложения на другие. Каждому разделу выделяются фиксированные ресурсы (процессорное время, память).

• Детерминированное планирование: Используется циклическое планирование (time partitioning), где каждому разделу выделяется строго определённое время выполнения.

• Межраздельное взаимодействие: Обеспечивается через стандартизированные механизмы, такие как очереди сообщений и буферы.

• Поддержка отказоустойчивости: Включает механизмы для обработки ошибок и восстановления системы.

Применение:

• Авионика (бортовые системы управления).

• Космические системы.

• Промышленная автоматизация.

8.3. DO-178B:

DO-178B — стандарт для сертификации программного обеспечения в авиации. Определяет процессы разработки, тестирования и документирования для обеспечения безопасности.

Основное:

• Уровни критичности (A-E) в зависимости от последствий отказа.

• Требует rigorous тестирования (модульное, интеграционное, системное).

• Обеспечивает прослеживаемость требований, кода и тестов.

Применение: Используется для сертификации ПО в авиационных системах. Заменён на DO-178C в 2012 году.

Применение DO-178C:

• Используется для сертификации ОСРВ в авиационных системах.

8.4. OSEK/VDX:

OSEK/VDX — это стандарт для разработки ОСРВ в автомобильной промышленности. Он определяет архитектуру и интерфейсы для управления задачами, синхронизации и взаимодействия между компонентами.

Основные особенности:

• Поддержка статической конфигурации задач и ресурсов.

• Минимальные накладные расходы, что делает его подходящим для маломощных устройств.

• Широко используется в автомобильных ECU.

9. POSIX и расширения реального времени:

POSIX (Portable Operating System Interface) — это набор стандартов, разработанных IEEE для обеспечения совместимости между операционными системами. Для операционных систем реального времени (ОСРВ) наиболее важны расширения, которые добавляют поддержку функций, необходимых для работы в режиме реального времени. Эти расширения описаны в стандарте POSIX.1b (также известном как IEEE 1003.1b).

9.1. Основные расширения реального времени в POSIX:

9.1.1. Приоритетное планирование задач:

• POSIX.1b определяет механизмы для управления приоритетами задач.

• Задачи могут иметь статические или динамические приоритеты.

• Поддерживается вытесняющая многозадачность, где задачи с более высоким приоритетом вытесняют задачи с низким приоритетом.

9.1.2. Таймеры реального времени:

• POSIX.1b предоставляет API для создания и управления таймерами с высокой точностью.

• Таймеры могут быть однократными или периодическими.

• Используются для выполнения задач в строго определённые моменты времени.

9.1.3. Семафоры реального времени:

• POSIX.1b определяет семафоры для синхронизации задач.

• Семафоры могут быть двоичными или счётчиковыми.

• Поддерживаются операции захвата и освобождения семафора с таймаутами.

9.1.4. Очереди сообщений:

• POSIX.1b предоставляет механизмы для передачи сообщений между задачами.

• Очереди сообщений поддерживают приоритеты, что позволяет обрабатывать сообщения в порядке их важности.

• Сообщения могут быть отправлены и получены с таймаутами.

9.1.5. Асинхронный ввод-вывод (AIO):

• POSIX.1b добавляет поддержку асинхронного ввода-вывода, что позволяет задачам выполнять операции ввода-вывода без блокировки.

• Это особенно полезно в системах реального времени, где задержки недопустимы.

9.1.6. Память, отображаемая на файлы (Memory-mapped files):

• POSIX.1b поддерживает отображение файлов в память, что позволяет задачам напрямую работать с данными, минуя системные вызовы.

• Это повышает производительность и снижает задержки.

9.1.7. Синхронизация и взаимное исключение:

• POSIX.1b предоставляет мьютексы и условные переменные для синхронизации задач.

• Мьютексы используются для защиты критических секций кода.

• Условные переменные позволяют задачам ожидать определённых условий.

9.2. Преимущества POSIX для ОСРВ:

• Совместимость: Позволяет переносить код между различными ОСРВ, поддерживающими POSIX.

• Стандартизация: Упрощает разработку за счёт единого API для работы с задачами, синхронизацией и таймерами.

• Гибкость: Подходит как для систем мягкого, так и жёсткого реального времени.

9.3. Примеры использования:

• Авионика: POSIX.1b используется в бортовых системах управления.

• Промышленная автоматизация: Применяется для управления роботами и производственными линиями.

• Телекоммуникации: Используется в системах обработки сигналов и маршрутизации.

9.4. Итог:

POSIX с расширениями реального времени (POSIX.1b) предоставляет мощный набор инструментов для разработки ОСРВ. Он обеспечивает стандартизацию, совместимость и поддержку критически важных функций, таких как приоритетное планирование, таймеры и синхронизация, что делает его популярным выбором для систем реального времени.

Заключение:

Операционные системы реального времени (ОСРВ) обеспечивают детерминированное выполнение задач, что критически важно в авионике, промышленности, медицине и телекоммуникациях. В реферате рассмотрены ключевые аспекты ОСРВ: архитектура, процессы, потоки, средства синхронизации и методы борьбы с инверсией приоритетов. Особое внимание уделено стандартам, таким как POSIX, ARINC 653 и DO-178B, которые обеспечивают надёжность, безопасность и совместимость ОСРВ. Эти системы остаются незаменимыми для критически важных приложений, а их развитие направлено на повышение гибкости и интеграцию с новыми технологиями, такими как IoT и ИИ.