Echtzeitbetriebssysteme – Einführung und Konzepte

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Zusammenfassung: Echtzeitbetriebssystem vs. normales Betriebssystem

Echtzeit- und Embedded-Systeme kommen in vielen Bereichen zum Einsatz, z.B. in Flugzeugcomputern, medizinischen Instrumenten und Kommunikationssystemen.

Typisch für Embedded-Systeme

  • sind eingeschränkte Prozessorspeicherkapazität und Rechenleistung,
  • sowie unübliche Schnittstellen zur Außenwelt.
  • Aufgrund der Echtzeitanforderungen sind strenge Zeitvorgaben einzuhalten, in denen die Ergebnisse der Embedded-Verarbeitung zu erbringen sind.

Die Kernels eines RTOS verbergen die zugrundeliegenden Details der Systemhardware vor der Applikationssoftware. Gleichzeitig stellen sie der Applikationssoftware Services verschiedener Kategorien zur Verfügung, z.B. Task-Management mit prioritätsbasiertem präemptiven Scheduling, zuverlässige Intertask-Kommunikation und -Synchronisation, nicht-fragmentierende dynamische Speicherallokation sowie wichtige Timer-Services.

Mit ihrem deterministischen Zeitverhalten unterscheiden sich Echtzeitbetriebssysteme maßgeblich von normalen Betriebssystemen (nicht Echtzeit). Diese Thematik tritt in vielen Bereichen der Betriebssystem-Kernels zutage, z.B.

  • Task-Scheduler,
  • dynamische Speicherallokation und
  • Message-Kommunikation zwischen Tasks.

Normale Betriebssysteme bieten für diese Bereiche oft nicht-deterministische Services an; Echtzeit- und Embedded-Systeme erfordern dagegen voll deterministische Lösungen. Viele Echtzeitbetriebssysteme haben diese Lösungen in ihren kompakten, leistungsstarken Kernels implementiert.

* David Kalinsky ist Berater, Trainer und Dozent für Echtzeit- und Embedded-Programmierung in Sunnyvale/Kalifornien (USA)

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