طراحی هسته یک سیستم عامل بلادرنگ، نهفته و توزیع شده

امروزه استفاده از سیستمهای نهفته در بسیاری از محصولات صنعتی مرسوم شده است. رشد سیستمهای نهفته به اندازه ای است که تقریبا هر سال تعداد این سیستمها دو برابر می شود. برای تولید سیستمهای نهفته پیچیده، به یک سیستم عامل بلادرنگ ‏‎(rtos)‎‏ نیاز است. ‏‎rtos‎‏ برای مدیریت پردازه های بلادرنگ که در اجرای خود دارای محدودیت زمانی هستند، استفاده می شود. اندازه کد ‏‎rtos‎‏ باید کوچک باشد تا بتوان از آن در سیستمهای نهفته استفاده کرد. یکی از ویژگیهای مهم که یک ‏‎rtos‎‏ باید داشته باشد، قابلیت پیش بینی است. قابلیت پیش بینی در سیستم عامل یعنی اینکه در زمان طراحی بتوانیم حداکثر زمان اجرای کلیه عملیات سیستم عامل را مشخص کنیم. یکی دیگر از ویژگیهای یک ‏‎rtos‎‏ که می تواند در رعایت محدودیت زمانی پردازه های بلادرنگ موثر باشد، کارایی است. افزایش کارایی، احتمال اجرای پردازه های بلادرنگ در محدوده زمانی تعیین شده را افزایش می دهد. در این پایان نامه طراحی یک سیستم عامل بلادرنگ نهفته ارائه شده است. معماری این سیستم عامل بر اساس معماری ریز هسته قرار داده شده و طراحی آن به صورت شی گرا ارائه شده است. معماری ریز هسته این سیستم عامل باعث شده که با داشتن هسته ای کوچک و دارا بودن قابلیت گسترش، برای استفاده در سیستمهای نهفته مناسب باشد. در سیستم عامل طراحی شده، زمانبندی که یکی از قسمتهای کلیدی در یک ‏‎rtos‎‏ است، مبتنی بر اولویت و به صورت ایستا و پویا طراحی شده است. تعداد سطوح اولویت در این سیستم عامل نامحدود بوده و زمانبندی ‏‎edf‎‏ که یک زمانبندی پویای بهینه است، با کارایی بالا و با سربار زمان اجرای کم طراحی شده است. سربار زمان اجرای زمانبدی در این سیستم عامل نسبت به ‏‎rtos‎‏ های نهفته دیگر که از زمانبندی پویا پشتیبانی می کنند، کمتر است. برای همگام سازی، سمافور بلادرنگ طراحی شده که در آن نیازمندیهای پردازه های بلادرنگ مورد توجه بوده است. در طراحی سمافور، مفهوم ارث برای اولویت مورد پشتیبانی قرار گرفته است. تایمر که یکی از نیازمندیهای اصلی در سیستم عامل بلادرنگ است، با استفاده از روشی جدید طراحی شده استکه نسبت به روشهای قبلی دارای سربار زمان اجرای کمتری است. ارتباط بین پردازه ای با استفاده از مکانیزم تبادل پیام به صورت توزیع شده مهیا شده است و در طراحی مدیریت حافظه نیازمندهای سیستمهای بلادرنگ و نهفته مد نظر قرار گرفته و طرح این قسمت از سیستم عامل با کارایی بالا ارائه شده است. به طور کلی تمام عملیات در سیستم عامل طراحی شده، دارای قابلیت پیش بینی بوده و از کارایی بالایی برخوردار هستند. با توجه به کارایی بالا در این سیستم عامل، آنرا سیستم عامل بلادرنگ توزیع شده نهفته سریع ‏‎(fedrtos)‎‏ نامگذاری کرده ایم.