 |
|
|
|
||||||
مشاريع الميكروكونترولر المتقدمة بلغة السى نظام تشغيل الزمن الفعلى (الحقيقى) RTOS والم
|
| اعلانات |
|
|||||
|
|
| اعلانات اضافية ( قم بتسجيل الدخول لاخفائها ) | |
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
مخطط حالة الماكينة (الجهاز) State Machine :
مخطط حالة الماكينة (الجهاز) State Machine : مخطط حالات الماكينة هو عبارة عن أبنية بسيطة تستخدم تستخدم لتنفيذ أنشطة متعددة ، عادة تكون فى تسلسل . الكثير من أنظمة الحياة الواقعية يقع ضمن هذه الفئة . على سبيل المثال ، تشغيل غسالة الملابس أو غسالة الأطباق يتم وصفها بسهولة من خلال مخطط بناء حالة الماكينة . ولعل أبسط طريقة لتنفيذ بناء حالة الماكينة فى لغة السى هو استخدام عبارة switch-case . على سبيل المثال ، نظام مراقبة درجة الحرارة له ثلاث مهام ، تسمى Task 1, Task 2, Task 3 كما هو مبين فى الشكل التالى :  قطعة الكود التالية تبين طريقة تنفيذ حالة الماكينة للثلاث مهام باستخدام عبارة switch-case :  كود:
for(;;)
{
state = 1;
switch (state)
{
CASE 1:
implement TASK 1
state++;
break;
CASE 2:
implement TASK 2
state++;
break;
CASE 3:
implement TASK 3
state = 1;
break;
}
Delay_ms(n);
}
فى العديد من التطبيقات ، قد لا نحتاج تنفيذ الحالات فى تسلسل . لذلك ، بدلا من ذلك يتم اختيار الحالة التالية بواسطة الحالة الحالية إما مباشرة أو بناء على شرط ما ، كما هو مبين فيما يلى :  كود:
for(;;)
{
state = 1;
switch (state)
{
CASE 1:
implement TASK 1
state = 2;
break;
CASE 2:
implement TASK 2
state = 3;
break;
CASE 3:
implement TASK 3
state = 1;
break;
}
Delay_ms(n);
}
علاوة على ذلك ، بعض المهام قد تكون أكثر أهمية من غيرها . وقد نرغب فى تشغيل بعض المهام كلما تصبح مؤهلة (مطلوبة) . على سبيل المثال ، فى عملية تصتيع ، المهمة التى تقوم بتشغيل الإنذار عندما تكون درجة الحرارة مرتفعة جدا . هذا النوع من التنفيذ يتطلب نظام متطور مثل نظام تشغيل الزمن الحقيقى RTOS . نظام تشغيل الزمن الحقيقى (الفعلى) RTOS : |
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
نظام تشغيل الزمن الحقيقى (الفعلى) RTOS :
نظام تشغيل الزمن الحقيقى (الفعلى) RTOS : تبنى أنظمة تشغيل الزمن الحقيقى حول نواة متعددة المهام والتى تسيطر على تخصيص شرائح زمنية للمهام . الشريحة الزمنية هى الفترة الزمنية التى تمتلكها مهمة معينة للتنفيذ قبل أن يتم إيقافها واستبدالها بمهمة أخرى . هذه المهمة ، والتى تعرف أيضا باسم "تبديل السياق أو الحالة" context switching ، تتكرر باستمرار . عندما يحدث تبديل السياق ، يتم إيقاف تنفيذ المهمة ، ويتم حفظ سجلات المعالج فى الذاكرة ، يتم تحميل سجلات المهمة التالية المتاحة إلى وحدة المعالجة المركزية ، ويبدأ تنفيذ المهمة الجديدة . كما يوفر نظام RTOS أيضا مرور الرسائل من مهمة إلى مهمة ، وتزامن المهام ، وتخصيص مشاركة الموارد للمهام . الأجزاء الأساسية لنظام RTOS هى : • الجدولة Scheduler . • خدمات نظام RTOS . • أدوات التزامن والرسائل . الجدولة Scheduler : الجدولة هى قلب كل نظام RTOS ، حيث أنها توفر الخوارزميات (خطوات البرنامج) لاختيار المهام لتنفيذها . الثلاثة خوارزميات الأكثر شيوعا (استخداما) وهى : • الجدولة التعاونية Cooperative scheduling . • جدولة الذهاب والإياب Round-robin scheduling . • الجدولة الوقائية (الاستباقية) Preemptive scheduling . الجدولة التعاونية : لعلها تكون أبسط خوارزمية جدولة متاحة . فكل مهمة يتم تشغيلها حتى تكتمل وتتخلى عن وحدة المعالجة المركزية طوعا . الجدولة التعاونية لا يمكن أن تلبى احتياجات نظام ROTS ، حيث لا يمكنها أن تدعم تحديد أولويات المهام حسب الأهمية . أيضا ، فإن مهمة واحدة قد تستخدم وحدة المعالجة المركزية وقتا طويلا وتترك القليل من الوقت للمهام الأخرى . كما أن المجدول لا يوجد لديه السيطرة على زمن تنفيذ مختلف المهام . مخطط الحالة هو نموذج بسيط لتقنية الجدولة التعاونية . جدولة الذهاب والإياب : فى جدولة الذهاب والإياب ، لكل مهمة يتم تخصيص (تعيين) حصة متساوية من وقت وحدة المعالجة المركزية ، كما هو مبين بالشكل التالى :  يوجد عداد counter يتتبع شريحة الوقت لكل مهمة . فعند اكتمال شريحة الوقت لمهمة ما ، فإنه يتم مسح (تصفير) العداد ويتم وضع المهمة فى نهاية الدورة . المهام المضافة حديثا يتم وضعها فى نهاية الدورة مع تصفير العدادات الخاصة بها . وهذا يشبه الجدولة التعاونية ، من حيث أنه غير مفيد بشكل جيد فى نظام RTOS ، حيث أنه فى كثير من الأحيان تستغرق بعض المهام عدة ملى ثوانى فى حين أن البعض الآخر يتطلب مئات الملى ثوانى أو أكثر . الجدولة الاستباقية (الوقائية) : تعتبر الجدولة الاستباقية هى خوارزمية جدولة الزمن الحقيقى . فهى قائمة على الأولوية ، وكل مهمة تعطى أولوية معينة كما فى الشكل التالى :  المهمة ذات الأولوية الأعلى تحصل على وقت وحدة المعالجة المركزية . بشكل عام ، تدعم أنظمة RTOS مستويات ولوية تتراوح من 0 إلى 255 ، حيث الصفر هو الأعلى أولوية و 255 هو الأدنى أولوية . فى بعض أنظمة RTOS حيث يمكن أن يكون هناك أكثر من مهمة واحدة على نفس المستوى من الأولوية ، عندئذ يتم مزج الجدولة الاستباقية مع جدولة الذهاب والإياب . فى مثل هذه الحالات ، المهام التى عند مستويات الأولوية الأعلى يتم تشغيلها قبل التى لها مستويات أقل ، والمهام التى عند نفس مستوى الأولوية يتم تشغيلها عن طريق الجدولة ذهابا وإيابا . إذا سبقت مهمة بواسطة مهمة ذات أولوية أعلى ، فإنه يتم حفظ عداد زمن التشغيل وبعد ذلك يتم إستعادته عندما يعود لها اليسطرة على وحدة المعالجة المركزية . فى بعض النظم يتم تعريف فئة أولوية زمن حقيقى بشكل صارم حيث المهام فوق هذه الفئة قد تعمل لتكتمل ( أو تستمر فى العمل حتى يصبح المورد غير متوفر ) حتى لو كانت هناك مهام أخرى على نفس مستوى الأولوية . فى نظام الوقت الحقيقى يمكن أن تكون المهمة فى أى من الحالات التالية , كما هو موضح بالشكل أدناه : • متأهب (مستعد – جاهز) للتشغيل Ready to run . • تشغيل Running . • ممنوع (محظور) Blocked .  عند بداية إنشاء المهمة ، فهى عادة ما تكون جاهزة للتشغيل ويتم إدخالها فى قائمة المهام . من هذه الحالة ، ورهنا بخوارزمية الجدولة ، يمكن أن تصبح المهمة ، مهمة قيد التشغيل . ووفقا لشروط الجدولة الاستباقية ، سوف يتم تشغيل المهمة إذا كان لها الأولوية الأعلى فى النظام ولا تنتظر من أجل المورد . المهمة قيد التشغيل تصبح مهمة محظورة إذا احتاجت مورد غير متوفر . على سبيل المثال ، مهمة قد تحتاج بيانات من محول من تناظرى لرقمى ADC ويتم حجزها (منعها) حتى تتوفر هذه البيانات . بمجرد أن يمكن الوصول للمورد ، تصبح المهمة الممنوعة مهمة قيد التشغيل إذا كانت مهمة الأولوية الأعلى فى النظام ، وإن لم تكن كذلك ، فإنها تنتقل إلى حالة الاستعداد (جاهز) ready . فقط ، يمكن أن يتم منع المهمة قيد التشغيل . لا يمكن منع المهمة فى حالة الاستعداد . عندما تنتقل مهمة من حالة إلى أخرى ، فإن المعالج يحفظ سياق المهمة قيد التشغيل فى الذاكرة ، ويحمل سياق المهمة الجديدة من الذاكرة ، وبعد ذلك يتم تنفيذ التعليمات الجديدة على النحو المطلوب . عادة توفر النواة kernel واجهة لمعالجة عمليات المهمة . عمليات المهمة النموذجية هى : • إنشاء المهمة . • حذف المهمة . • تغيير أولوية المهمة . • تغيير حالة المهمة . خدمات نظام RTOS : |
|
||||||
|
|
