OpenComRTOS

الموسوعة الحرة

OpenComRTOS هو نظام تشغيل في الوقت الحقيقي (RTOS) تجاري يتمحور حول الشبكة، تم تطويره رسميًا ، ويستهدف بشكل رئيسي سوق الأنظمة المدمجة .

ملخص

طُوِّر نظام التشغيل OpenComRTOS باستخدام أساليب رسمية . يتميز بقدرته على دعم أنظمة المعالجات المتعددة غير المتجانسة بسلاسة، بغض النظر عن حجم كلمة المعالج ( 16 بت ، 24 بت ، 32 بت ، 64 بت )، ووسيلة الاتصال (الذاكرة المشتركة، أو الحافلات، أو الروابط المباشرة، أو الروابط الافتراضية في آليات الاتصال الحالية). يبلغ حجم الكود النموذجي على معالج مستهدف 32 بت حوالي 5 كيلوبايت.

يعتمد نظام التشغيل OpenComRTOS على نموذج الكيانات المتفاعلة . في هذا النظام، تُعدّ المهمة (دالة مع مساحة عملها المحلية أو مكدسها) وحدة التنفيذ . تتزامن كيانات المهام وتتواصل باستخدام كيانات وسيطة تُسمى Hubs، وهي كيانات منفصلة عن المهام المتفاعلة. تُنمذج Hubs رسميًا على أنها إجراءات محمية . يوفر التطبيق الحالي وظائف خدمات أنظمة التشغيل التقليدية، مثل الأحداث، والإشارات، والمنافذ، ومكدسات FIFO (الوارد أولًا يُصرف أولًا )، والموارد، ومجموعات الحزم، ومجموعات الذاكرة . كما يمكن للمستخدم إنشاء أنواع Hubs مخصصة.

يستخدم نظام التشغيل OpenComRTOS بنية موحدة تتألف من مهمة النواة ، ومهام برامج التشغيل، ومهام التطبيقات، ولكل منها منفذ إدخال خاص بها. وتُستخدم نفس الواجهة لروتينات خدمة المقاطعة. تعتمد البنية الأساسية على استخدام تبديل الحزم ذي الأولوية ، حيث تُعدّ الاتصالات والتوجيه جزءًا من خدمات النظام الأساسية. ومن نتائج ذلك أن شفرة المصدر الخاصة بالمهام مستقلة عن ربط المهام والمراكز بعُقد المعالجة في النظام المستهدف.

تاريخ

كان الهدف الأساسي من تطوير OpenComRTOS هو توفير بيئة تشغيل برمجية تدعم منهجية هندسة أنظمة متماسكة وموحدة قائمة على الكيانات المتفاعلة . وقد طُوِّرت هذه المنهجية في الأصل من قِبَل جمعية الترخيص المفتوح [ 1 ] منذ عام 2005، ثم طوّرتها شركة Altreonic [ 2 ] وسوّقتها تجاريًا منذ عام 2008. وكان نظام التشغيل Virtuoso [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] ، الذي طُوِّر سابقًا ، بمثابة دليل إرشادي. يُعد Virtuoso نظام تشغيل موزعًا، طوّرته شركة Eonic Systems حتى بيعت تقنيته لشركة Wind River Systems في عام 2001. وكانت وظيفته الشاملة المتمثلة في المعالجة المتوازية الشفافة (المعروفة بنموذج وقت التشغيل للمعالج الفردي الافتراضي ) دافعًا رئيسيًا لإعادة تطويره بشكل أفضل. [ 8 ] [ 9 ] يُعتبر OpenComRTOS، من الناحية المفاهيمية، الجيل الرابع من Virtuoso، على الرغم من أنه طُوِّر في بيئة نظيفة. يعود أصل نظام التشغيل Virtuoso RTOS إلى جهاز Inmos Transputer الرائد ، وهو تطبيق جزئي للأجهزة لجبر العمليات المتسلسلة المتصلة (CSP) لكار هوار . أكثر التطبيقات تحديًا:

  1. نظام استكشاف النفط مزود بـ 12000 معالج يتميز بوحدات تحكم دقيقة، ووحدات معالجة الإشارات الرقمية ذات النقطة الثابتة والنقطة العائمة، ومضيف لينكس في شبكة واحدة.
  2. نظام سونار مزود بـ 1600 معالج إشارة رقمية بنقطة عائمة.
  3. مهمات روزيتا وجيوتو الفضائية التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية.
  4. تحويل تطبيق مكون من 400,000 سطر يعمل على نظام تشغيل في الوقت الحقيقي (RTOS) بنمط واجهة نظام التشغيل المحمولة ( POSIX ) إلى OpenComRTOS.

نهج التطوير الرسمي

اتُّبعت عملية هندسية منهجية وتكرارية لتطوير نظام التشغيل OpenComRTOS. بعد تحديد المتطلبات والمواصفات، طُوِّرت نماذج باستخدام منطق الإجراءات الزمني (TLA+) لليزلي لامبورت ، ثم جرى التحقق من صحة هذه النماذج باستخدام مدقق نماذج TLC المناسب. بناءً على هذه النماذج، كُتب الكود، ثم أنشأ شخص ثالث نماذج جديدة في TLA+ للتحقق من تطابق التنفيذ. جرى التحقق من صحة نموذج المؤقت ووظائف انتهاء المهلة المرتبطة بالخدمات باستخدام مدقق نماذج Uppaal . في عام 2011، نشرت دار نشر Springer كتابًا عن مشروع OpenComRTOS. [ 10 ]

مصمم OpenComRTOS: بيئة التطوير والأدوات

يأتي نظام التشغيل OpenComRTOS مزودًا بالعديد من الأدوات. يُعدّ Visual Designer بيئة نمذجة مرئية تُمكّن المستخدم من تحديد بنية العقد وبنية التطبيق بيانيًا. ومن هذه المخططات، يتم إنشاء نموذج وقت تشغيل خاص بالتطبيق. ويُقدّم رمز خاص بالتطبيق بلغة ANSI C لكل مهمة. ويتم عرض تنفيذ وقت التشغيل والتفاعلات بين المعالجات باستخدام Event Tracer . كما يتيح System Inspector قراءة هياكل البيانات وتعديلها. وتتضمن الوحدات الإضافية وحدات خادم المضيف (التي تتيح لأي مهمة الوصول إلى خدمات عقدة المضيف) وآلة افتراضية آمنة للغة C. تتطلب الأخيرة حوالي 3 كيلوبايت (10 كيلوبايت للبرنامج والبيانات) وتتيح تنزيل رمز C المُجمّع ثنائيًا ديناميكيًا أثناء وقت التشغيل.

سهولة الحمل

طُوِّر نظام التشغيل OpenComRTOS للأنظمة المدمجة، وهو مكتوب بلغة ANSI C المحمولة ، باستثناء واجهات تبديل السياق وISR. وقد نُقل OpenComRTOS إلى الأنظمة المستهدفة التالية: Freescale PowerPC، وTexas Instruments C66xx DSP، و Melexis MLX16، وARM Cortex M3/4، وXilinx MicroBlaze، وLEON3، وNXP CoolFlux DSP، بالإضافة إلى نظامي التشغيل MS-Windows وLinux. تتيح الإصدارات الأخيرة التكامل السلس للعُقد المضيفة، كما تُستخدم في أنظمة التطوير والمحاكاة متعددة المعالجات. وبما أن نواة نظام التشغيل متطابقة للعُقد أحادية المعالج ومتعددة المعالجات، فإن دعم نظام متعدد المعالجات لا يتطلب سوى كتابة برنامج تشغيل صغير على مستوى المهام قادر على إرسال واستقبال الحزم.

يتوفر نظام التشغيل OpenComRTOS بصيغة ثنائية، وشفرته المصدرية، ورخصة التقنية المفتوحة. وتوفر الأخيرة نماذج رسمية، ووثائق تصميم، وشفرة مصدرية، ومجموعات اختبار.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "جمعية الترخيص المفتوح" . مؤرشف من الأصل في 27 يوليو 2011. تم الاطلاع عليه في 4 فبراير 2011 .
  2. ↑ "www.altreonic.com | من أعماق الفضاء إلى أعماق البحار" . www.altreonic.com . تاريخ الاطلاع: 29 أبريل 2023 .
  3. ↑ فيرهولست، إريك (2003). "ما وراء آلة فون نيومان: الاتصال كنموذج تصميمي أساسي لأنظمة MP-SOC من البرمجيات إلى الأجهزة". في: جانتش، أكسل؛ تينهونين، هانو (محرران). الشبكات على رقاقة . هينغهام، ماساتشوستس، الولايات المتحدة: دار نشر كلوير الأكاديمية. الصفحات 217-238 . doi : 10.1007/b105353 . ISBN  978-1-4020-7392-2. S2CID 19233943 . 
  4. ↑ إي. فيرهولست. "فيرتوسو: توفير تبديل السياق في أجزاء من الميكروثانية على معالجات الإشارات الرقمية باستخدام نواة نانوية مخصصة". المؤتمر الدولي لتطبيقات وتكنولوجيا معالجة الإشارات ، سانتا كلارا، سبتمبر 1993.
  5. ↑ إي. فيرهولست. "ما وراء الحوسبة المتوازية: دلالات موزعة بالكامل في نموذج برمجة المعالج الأحادي الافتراضي لبرنامج فيرتوسو وتطبيقه على معالجات الإشارات الرقمية المتوازية الجاهزة للاستخدام". في وقائع مؤتمر WoTUG-20: البرمجة المتوازية وجافا ، 1997، الصفحات 77-86.
  6. ↑ إي. فيرهولست. "المعالجة غير المتسلسلة: سد الفجوة الدلالية التي خلفتها بنية فون نيومان". في أنظمة معالجة الإشارات SIPS'97 ، الصفحات 35-49.
  7. ↑ إي. فيرهولست. "الأساس المنطقي للدلالات الموزعة كمنهجية تصميم أنظمة مضمنة مستقلة عن الطوبولوجيا وتطبيقها في نظام التشغيل Virtuoso RTOS". أتمتة التصميم للأنظمة المضمنة ، 2002، 6: 277-294. doi : 10.1023/A:1014018820691 .
  8. ↑ إي. فيرهولست، جي. دي يونغ. "OpenComRTOS: نظام تشغيل مضمن فائق الصغر يركز على الشبكة، مصمم باستخدام النمذجة الرسمية". في وقائع المؤتمر الدولي الثالث عشر لمنتدى SDL حول تصميم الأنظمة الموثوقة، SDL'07 ، الصفحات 258-271، برلين، هايدلبرغ. سبرينغر-فيرلاغ.
  9. ↑ إريك فيرهولست، جالت دي يونغ، فيتالي ميزهوييف. "دراسة حالة صناعية: مخاطر وفوائد تطبيق الأساليب الرسمية على تطوير نظام تشغيل في الوقت الحقيقي يركز على الشبكة". في: كويلار، ج.، مايباوم، ت.، وسير، ك. (محررون)، FM 2008: الأساليب الرسمية ، المجلد 5014 من سلسلة محاضرات في علوم الحاسوب، الصفحات 411-418. سبرينغر: برلين، هايدلبرغ.
  10. ↑ التطوير الرسمي لنظام تشغيل في الوقت الحقيقي يركز على الشبكة: هندسة البرمجيات للأنظمة المدمجة الموثوقة ، بقلم إريك فيرهولست، وريموند تي. بوت، وخوسيه ميغيل سامبايو فاريا، وبرنهارد إتش سي سبوث ( ISBN) 978-1-4419-9735-7الطبعة الأولى، 2011، 17، 219 صفحة، 54 رسماً توضيحياً