Was ist ein Real-Time Operating System (RTOS)?
RTOS in Deutsch „Echtzeitbetriebssystem“ ist ein Betriebssystem, welches speziell darauf ausgelegt ist, Aufgaben innerhalb einer genau definierten und garantierten Zeit zu bearbeiten..
RTOS kommen in Branchen zum Einsatz, in denen zeitlich präzise Reaktionen auf Ereignisse unerlässlich sind. Dazu zählen Embedded-Systeme, die beispielsweise in industriellen Fertigungsanlagen oder autonomen Fahrzeugen integriert sind.
Hauptmerkmale von RTOS
1. Determinismus
Ein RTOS garantiert, dass bestimmte Prozesse innerhalb einer vorhersehbaren und festgelegten Zeitspanne abgeschlossen werden, unabhängig von anderen laufenden Aufgaben. Das bedeutet, dass die Ausführungszeiten von Aufgaben im Voraus bekannt und konstant sind, was für Anwendungen mit zeitkritischen Anforderungen unerlässlich ist.
2. Task Scheduling
Das Task Scheduling (zu Deutsch: Aufgabenplanung) ist ein zentraler Bestandteil eines echtzeitfähigen Betriebssystems. Die Prozesse, auch Tasks genannt, werden nach ihrer Priorität ausgeführt. Dabei wird die Wichtigkeit einer Aufgabe durch eine Prioritätszuweisung bestimmt, die entweder statisch (festgelegt) oder dynamisch (während der Ausführung angepasst) sein kann.
3. Geringe Latenzzeit
In zeitkritischen Anwendungen, wie etwa in der Medizintechnik, oder in der Luftfahrt, ist es entscheidend, dass ein System auf externe Ereignisse sofort reagiert.
Eine geringe Latenzzeit bedeutet, dass das RTOS ohne Verzögerung auf Eingaben oder Änderungen in der Umgebung reagieren kann. Diese deterministischen Reaktionszeiten sind besonders wichtig, um sicherzustellen, dass Systeme zum richtigen Zeitpunkt reagieren.
4. Keinen virtuellen Speicher
Echtzeitbetriebssysteme verzichten auf virtuellen Speicher, da er unvorhersehbare Verzögerungen und nicht deterministische Reaktionen verursachen kann, was in zeitkritischen Anwendungen unakzeptabel ist.
Echtzeitbetriebssysteme in eingebetteten Systemen
Real-Time Operating Systems finden häufig Anwendungen in eingebetteten Systemen. Diese Systeme sind oft Teil eines größeren Gesamtsystems und erfüllen dort eine spezialisierte Funktion.
Mit solchen Betriebssystemen wird sichergestellt, dass alle Aufgaben ohne Verzögerung ausgeführt werden, damit die Überwachung kontinuierlich und zuverlässig erfolgen kann.
Anwendungsgebiet eines RTOS
Ein gutes Beispiel für den Einsatz solcher Echtzeitsysteme ist ein Herzmonitor. Bei solch einem medizinischen Gerät ist es entscheidend, dass alle Signale und Messwerte in Echtzeit verarbeitet werden, um unmittelbar auf Zustandsveränderungen des Patienten reagieren zu können.
Mit solchen Betriebssystemen wird sichergestellt, dass alle Aufgaben ohne Verzögerung ausgeführt werden, damit die Überwachung kontinuierlich und zuverlässig erfolgen kann.
Echtzeitandwendungen im Vergleich: Zephyr und FreeRTOS
Zephyr RTOS ist ein Open-Source-Echtzeitbetriebssystem, das speziell für ressourcenbeschränkte Geräte wie Mikrocontroller entwickelt wurde. Es ist besonders bekannt für seine Flexibilität und Modularität, die es Entwicklern ermöglicht, maßgeschneiderte Lösungen für verschiedenste Anwendungen zu erstellen. Dabei unterstützt eine Vielzahl von Hardware-Plattformen und wird häufig in IoT-Geräten, Wearables und Embedded Systems eingesetzt. Mit einer sehr aktiven Community und regelmäßigen Updates ist es eine populäre Wahl für viele Projekte.
FreeRTOS ist eines der am weitesten verbreiteten Echtzeitbetriebssysteme und wird in einer Vielzahl von Anwendungen genutzt, von industriellen Automatisierungssystemen bis hin zu medizinischen Geräten. Es ist ebenfalls Open Source und bietet eine geringe Speichernutzung und einfache Integration in unterschiedlichste Hardware. FreeRTOS wird von Amazon Web Services (AWS) unterstützt, was zusätzliche Funktionalitäten für Cloud-basierte Anwendungen bietet und bekannt ist für seine Zuverlässigkeit und Flexibilität.
