برنامه نویسی به روش RTOS امروز یک ضرورت است؟!

امروز در کافه میکرو یک مقاله بسیار مناسب برای علاقه مندان به برنامه نویسی به روش RTOS آماده کرده ایم که امیدوارم این مقاله برای شما علاقه مندان به برنامه نویسی به روش RTOS مناسب باشد.

همراه کافه میکرو باشید تا پایان مقاله برنامه نویسی به روش RTOS امروز یک ضرورت است؟!
سیستم عامل بلادرنگ (RTOS) و ابر حلقه (Super Loop) دو سبک برنامه نویسی در میکروکنترلرها هستند که در این مقاله به بررسی آن ها می پردازیم. به نظر شما برنامه نویسی به سبک RTOS امروزه یک نیاز ضروری برای برنامه نویسان امبدد سیستم است؟ برای رسیدن به جواب این سوال همراه ما باشید.

برنامه نویسی به روش ابر حلقه (Super Loop)

یکی از سبک های رایج برنامه نویسی که معمولا تمامی برنامه نویس ها با این روش شروع به یادگیری برنامه نویسی می کنند روش super loop است. به این صورت است که کل برنامه پشت سر هم در یک حلقه ی بینهایت درون تابع main نوشته می شود. بنابراین توابع پشت سر یکدیگر نوشته می شوند. با پایان یافتن یک تابع، تابع بعدی فرصت اجرا پیدا می کند. در هر لحظه فقط یک دستور می تواند اجرا شود. ابتدایی ترین روشی که برای برنامه نویسی استفاده می شود، به این روش ابرحلقه (Super Loop) گفته می شود. این روش برای خیلی از پروژه ها حتی امروزه جوابگو ست، البته که هر روشی مزایا و معایب خاص خود را دارد.

مزایای روش ابر حلقه (Super Loop)

برای پروژه های کوچک روش معقولی است و سناریوی پیاده سازی در این روش سریع است. از مزایای این روش پیاده سازی وظایف Hard-Real Time به صورت مطمئن است، البته در حالتی که نرخ اجرای حلقه بینهایت به اندازه کافی بالا باشد.

معایب روش ابر حلقه (Super Loop)

از معایب این روش عدم کارایی مناسب در پروژه های پیچیده و بزرگ است، چرا که بعضا وظایف مختلف پروژه بر روی دیگر وظایف اثر می گذارند. همین امر موجب می شود که قابلیت نگهداری و توسعه پروژه به مرور کاری بسیار پیچیده بشود تا حدی که کاملا غیر ممکن شود. همینطور نمی توان از ماکسیمم توان پردازنده به بهینه ترین حالت استفاده کرد و برای دستگاه های پرتابل (قابل حمل – باتری خور) در شرایطی احتمالا، نمی توان به ماکسیمم حالت صرفه جویی در مصرف انرژی رسید.

برنامه نویسی به روش RTOS

یکی دیگر از سبک های برنامه نویسی که امروزه در خیلی از پروژه ها استفاده می شود، برنامه نویسی با استفاده از سیستم عامل های بلادرنگ است. RTOS خلاصه شده ی عبارت Real Time Operating System می باشد. در این روش مانند روش ابر حلقه، کل برنامه در یک حلقه اصلی نوشته نمی شود، بلکه برنامه به تعدادی وظیفه تقسیم می شود، به صورتی که هر وظیفه می تواند یک حلقه ی بینهایت اختصاصی برای خود داشته باشد.

در این روش یک کرنل (Kernel) وجود دارد که توسط یک زمانبندی کننده (Scheduler) تسک های مختلف را زمانبندی می کند و به هر کدام زمان اجرای معینی را اختصاص می دهد. هر وظیفه که در تسک جداگانه پیاده سازی می شود دارای فضای پشته (Stack) اختصاصی برای خود می باشد و این فضا تداخلی با بقیه ی تسک ها ندارد.

خبر خوب این است که خود برنامه نویس نیازی نیست که با سطح کرنل درگیر بشود و با اطمینان کامل می تواند از API های ارائه شده برای کرنل استفاده کند. به این ترتیب عمده ی وقت خود را می تواند صرف پیاده سازی اپلیکیشن مورد نظر کند. با توجه به نیازمندی پروژه های امروزه که عمدتا در ارتباط با اینترنت هستند و انتظار می رود بتوانند عملکردهای بسیار متفاوتی داشته باشند، تقریبا استفاده کردن از RTOS اجتناب ناپذیر است و از یک مهندس امبدد سیستم (سیستم های نهفته) انتظار می رود توانایی کد نویسی به روش RTOS را دارا باشد.

مزایای برنامه نویسی به سبک RTOS

طبیعتا برنامه در این حالت کاملا ماژولار نوشته می شود و قابلیت خوانایی بالایی دارد. (به عنوان یک تشبیه ساده و ملموس، حالتی را در نظر بگیرید که بجای یک تابع main و یک حلقه ی بینهایت، به تعداد مورد نیاز می توانید تابع های main مستقل از همدیگر داشته باشید!) همچین چیزی ممکنه؟

از آنجایی که این حلقه های بینهایت کاملا مستقل از همدیگر می توانند کار کنند و برنامه های درون خود را با زمانبندی مشخصی اجرا کنند، بر خلاف روش ابر حلقه، در روش RTOS وظیفه ها روی یکدیگر اثر نمی گذارند و به این ترتیب ارتقاء و توسعه ی پروژه در این روش بسیار دست یافتنی تر است.

کار کردن به صورت تیمی روی یک پروژه با استفاده از این روش دست یافتنی تر است و اعضای گروه به صورت مستقل از هم می توانند عملکردها را پیاده سازی کنند و به صورت موازی پروژه را پیش ببرند. هیمنطور در این روش با توجه به اینکه تسک ها زمانبندی اجرای مشخصی دارند، زمان پردازنده تلف نمی شود و در صورتی که تسکی روی کار نباشد، خط برنامه به تسک Idle که یک تسک پیشفرض است پرش می کند و در این تسک امکان بردن پردازنده به حالت های power down و یا sleep فراهم است.

به بیان دیگر علاوه بر اینکه از ماکسیمم توان پردازنده در این حالت استفاده می شود، به منظور دستگاه های پرتابل (قابل حمل – باتری خور) می توان به ماکسیمم صرفه جویی در توان مصرفی پردازنده نیز دست یافت. امکان پیاده سازی وظایف Hard-Real Time در این روش همچنان امکان پذیر است.

دقت شود که RTOS با OS های دیگر مثل لینوکس و … ها کاملا متفاوت است و یکی از تفاوت های اساسی آن ها در همین ویژگی پیاده سازی وظایف Hard-Real Time است که در RTOS ها امکان پذیر است، به همین دلیل در برنامه نویسی میکروکنترلرها قابل قبول است.

معایب برنامه نویسی به سبک RTOS

پیاده سازی خود کرنل سیستم عامل بلادرنگ بر روی میکروکنترلرها نیاز به یک حداقل فضای FLASH و RAM دارد، به همین منظور بعضی از سیستم عامل های بلادرنگ قابلیت پیاده سازی بر روی پردازنده های کوچک را ندارند. لازم به ذکر است در این بین سیستم عامل هایی وجود دارند که نیاز به فضای Flash و RAM کمتری دارند و بر روی بعضی از پردازنده های کوچک حتی 8 بیتی نیز امکان پیاده سازی دارند.

ممنون میشم که نظر خودتان را درباره برنامه نویسی به روش RTOS امروز یک ضرورت است؟! در پایین همین صفحه برای ما بنویسید.

منتظر مقالات بعدی کافه میکرو باشید…..

از اینکه همراه کافه میکرو بودید و تا پایان این مقاله همراه ما بودید به شما تبریک میگیم.