apresenta7^o sistemas operacionais de tempo real

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Sistemas Operacionais 
de Tempo Real 
Wellington Cássio 
Pâmela Raiane 
Jéssica Luiza 
Sebastião Realino 
Como Surgiu os RTOS ? 
• Os sistemas computacionais estão presentes em diversas áreas. 
 
• Novos microprocessadores com novos recursos computa-
cionais, operando a frequências maiores, maior capacidade de 
memória e várias interfaces de comunicação de I/O embutidas 
num único chip, tudo isso a um custo baixo e acessível. 
 
• A evolução tem contribuído com o aumento da complexidade 
dos projetos de sistemas embarcados, exigido novos níveis de 
abstração em soluções de software que possam interagir com 
o hardware da forma mais eficiente possível. 
 
• Destaca-se um grupo de sistemas que trabalham com 
restrições de tempo, chamados Sistemas de Tempo Real. 
O que é um RTOS ? 
 Um Sistema de Tempo Real é, portanto, o 
software que gerência os recursos de um sistema 
computacional, com o objetivo de garantir com 
que todos os eventos sejam atendidos dentro de 
suas restrições de tempo e gerenciados da forma 
mais eficiente possível. 
 O software é responsável pelo gerencia-
mento dos recursos computacionais também é 
chamado de Kernel do Sistema de Tempo Real e 
conhecido no mercado como RTOS ou Sistema 
Operacional de Tempo Real. 
Conceitos: 
 Para entendimento da importância de um 
Sistema de Tempo Real é precisamos entender 
alguns conceitos de restrição de tempo para 
eventos e tarefas computacionais. 
Os quais são: 
 
• Restrições de Tempo 
• Tarefas 
• Interações entre Tarefas 
• Escalonamento de tarefas 
 
 
 
Restrições de Tempo: 
 Toda tarefa computacional recebe um 
estímulo (ou evento), que pode ser interno ou 
externo, realiza o processamento e produz uma 
saída. Um evento com restrição de tempo possui 
um tempo limite (máximo) de processamento 
para que sua saída seja gerada. 
 
 
 
Restrições de Tempo: 
Exemplo 
(Hard Real-Time Systems): 
 Um sistema de radar 
aeroespacial, que recebe infor-
mações de posicionamento das 
aeronaves, para que possíveis 
colisões sejam detectadas e evi-
tadas. Se o sistema não tratar 
estas entradas dentro de suas 
restrições de tempo, poderá 
causar uma tragédia. Este caso é 
chamado de “Hard Real-Time 
Systems”. 
Hard Real-Time Systems: é aquele que 
tem um comportamento 
determinístico, ou seja, o prazo para 
execução de uma tarefa não pode ser 
violado. 
 
Soft Real-Time Systems: é aquele que 
também tem o tempo como 
parâmetro fundamental, mas uma 
falha é aceitável 
Exemplo 
(Soft Real-Time Systems): 
 Um teclado que gera 
inputs de teclas pressionadas 
para um sistema microproces-
sado. Se o sistema não tratar 
estas teclas dentro de suas 
restrições de tempo, o operador 
poderá ter a sensação de que o 
sistema “travou”, o que poderá 
causar até a desistência da uti-
lização do produto. Este caso é 
normalmente chamado de “Soft 
Real-Time Systems” 
Tarefas: 
 Tarefas são pequenos trechos de programa 
com responsabilidades específicas e bem 
definidas. 
 Cada tarefa possui um conjunto de atribu-
tos, dentre eles a prioridade, que deve ser 
atribuída de acordo com sua importância. 
 É a partir desta prioridade que tentamos 
garantir com que eventos com restrições de tempo 
possam ser executados de forma eficiente. 
Tarefas: 
 Exemplo: 
 
 Podemos citar como exemplo a leitura de 
sensores, tratamento de protocolos de comuni-
cação, leitura de teclado, acionamento de leds 
indicativos, escrita em displays, comunicações seri-
ais e log de informações. 
 
 Portanto, um Sistema de Tempo Real é 
modelado através da divisão da aplicação em um 
conjunto de pequenas tarefas, com funções 
específicas, e que interagem entre si. 
Interações entre Tarefas: 
 Cada tarefa é executada de forma 
independente, mas elas precisam interagir 
entre si, pois um Sistema de Tempo Real 
destinado à execução de múltiplas 
tarefas que é a característica dos sistemas 
operacional que permite repartir a 
utilização do processador entre várias 
tarefas aparentemente simultaneamente. 
Interações entre Tarefas: 
Exemplo: 
 
• A tarefa 1 é responsável pela leitura constante dos sensores de pre-
sença. 
• A tarefa 2 é responsável pelo acionamento da sirene. 
• A tarefa 3 é responsável pelo acionamento da discagem telefônica. 
• A tarefa 4 é responsável pela lógica de detecção de intrusos do sis-
tema de alarme. 
 
 Supondo que um sensor de movimento tenha sido acionado, 
a tarefa 1 irá detectar esse acionamento, e precisa notificar a tarefa 4. 
Esta notificação é feita através do envio de uma mensagem para a tarefa 
4. A tarefa 4 irá então receber esta mensagem, e de acordo com sua lóg-
ica, irá enviar uma mensagem de acionamento para a tarefa 2, 3 ou 
para ambas. 
 Este exemplo utiliza a troca de mensagens, como forma de 
comunicação entre as tarefas. 
Outro meio de comunicação 
entre as tarefas são os semá-
foros. Enquanto uma tarefa 
utiliza um dado recurso pode 
bloquear um semáforo; outra 
tarefa antes de utilizar esse 
recurso verifica o estado do 
semáforo, e se estiver bloqueado, 
não utiliza o recurso. 
• Troca de mensagens 
• Semáforos 
Escalonamento de Tarefas: 
 Para atender todas as tarefas solici-
tadas, dentro de suas respectivas restrições 
de tempo, o Kernel necessita de algum 
mecanismo de gerenciamento de tarefas, 
classificando-as e ordenando de acordo com 
sua prioridade. 
 O escalonamento de tarefas é uma 
função realizada pelo Kernel para determinar 
quando uma tarefa mais importante precisa 
ser executada. 
 
Escalonamento de Tarefas: 
 Para exemplificar o escalonamento de tarefas, analise o 
seguinte caso de escalonamento: 
 
1. Uma tarefa de prioridade menor está sendo executada. 
2. Um evento esperado por uma tarefa de prioridade maior ocorre e 
causa uma interrupção no processador. 
3. O processador salva o contexto da tarefa em execução (registros 
da CPU) e executa a rotina de tratamento da interrupção (ISR – 
Interrupt Service Routine). 
4. A rotina de tratamento da interrupção completa e chama um 
serviço do Kernel. 
5. O Kernel prepara e executa a rotina de maior prioridade. 
6. A rotina de maior prioridade entra em execução. 
7. A rotina de maior prioridade chama uma função do Kernel para 
aguardar por outro evento. Isso faz com que o Kernel seja acionado, 
e prepare novamente a rotina de menor prioridade para execução. 
8. A rotina de menor prioridade entra em execução. 
Requisitos para Operação: 
• CPU: A CPU utilizada no projeto pode determinar se você pode ou não utilizar um 
RTOS no seu projeto. 
 
 Por exemplo, uma CPU de 4 bits, sem os registradores necessários, ou de 
 baixa frequência, é feita especificamente para sistemas bem simples e de 
 baixo custo, tornando inviável a utilização de um RTOS. 
 
• ROM: Quantidade de memória de programa disponível para o projeto. Precisa ser 
grande o suficiente para armazenar o código do Kernel mais o código da sua apli-
cação. Dependendo do Kernel, você pode precisar de memória entre 4K e 200Kb, 
apenas para o Kernel de RTOS’s mais simples. 
 
• RAM: Quantidade de memória disponível para os dados do seu programa. O 
RTOS utiliza bastante memória para armazenamento das informações de contexto 
de execução das tarefas no TCB e no stack. O valor da memória RAM deve ser 
grande o suficiente para suprir as necessidades do Kernel e das tarefas da sua 
aplicação. 
 
• Custo: Tanto o custo do RTOS quanto o custo extra do hardware necessário para 
suportar o RTOS devem ser levados em consideração. 
RTOS disponíveis no mercado : 
• Free RTOS 
• NetBSD(baseado no UNIX) 
• Windows CE Embedded 
• Windows NT Embedded 
• Tinys OS 
• uClinux 
 
 Cada RTOS disponível no mercado possui 
vantagens e desvantagens. A escolha do melhor 
sistema dependedos requisitos de hardware e 
software do produto. 
Comparação de Alguns 
Sistemas de Tempo Real : 
FIM! 
Wellington Cássio 
Pâmela Raiane 
Jéssica Luiza 
Sebastião Realino