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Selección del sistema operativo

Según los objetivos de proyecto se plantea el:

* Análisis, selección e implementación de sistemas operativos compatibles con entornos de tipo Linux, que sean acordes a sistemas industriales de tiempo real.

El área de firmware incluirá como su principal tarea asociada el análisis y elección de los sistemas operativos. El uso del plural se debe a que seguramente el sistema estará basado en una arquitectura asimétrica, siguiendo las tendencias actuales para el desarrollo de este tipo de sistemas, dónde frecuentemente se encuentra al menos un procesador más pequeño que realiza tareas críticas de tiempo real, que son indispensables en muchos procesos industriales, junto con otro procesador más grande, que realiza las tareas más pesadas, pero que muchas veces no son necesariamente de tiempo real. De este modo la selección, configuración e implementación de los sistemas operativos resulta en una tarea crítica y muy compleja, ya que deben diseñarse los mecanismos de comunicación y articulación entre ellos.

Estudio del Sistema Operativo (SO) a utilizar

FreeRTOS

Debe tenerse en cuenta qué se entiende por Real Time. Por ejemplo, FreeRTOS, un Sistema Operativo de Tiempo Real (RTOS) de libre distribución y muy utilizado en sistemas embebidos de aplicaciones académicas e industriales, dice ser RT cuando en realidad implementa un scheduler cuyo algoritmo es muy inferior en performance a SCHED_DEADLINE o al mismísimo SCHED_RR (Round­Robin, política Soft RT para sistemas de propósito general) presente en el núcleo de Linux desde sus orígenes.

RTAI (Real Time Application Interface)

Consiste en un scheduler Hard Real­Time (RT), en el cual un SO de propósito general (por ejemplo, Linux) se ejecuta como una tarea de bajo nivel, es decir, Soft Real­Time. A su vez el scheduler permite ejecutar tareas Hard RT al estar mucho más integrado al hardware. Es la opción clásica, actualmente existe integrada a núcleos Intel x86, por lo cual es necesario portarla a ARM Cortex­A, el procesador objetivo de la plataforma propuesta.

Low Latency Linux Patch

Varios parches que bajan la latencia de las interrupciones y las secciones criticas del núcleo. A fin de cuentas consiste en una solución Soft RT.

Los parches para baja latencia de Linux, aparte de no ser Hard RT, rompen muchas interfaces del SO al punto que muchos binarios de espacio de usuario presentan errores o directamente no funcionan.

SCHED_DEADLINE

Consiste en una política de scheduling de procesos denominada Earilest Deadline First (EDF) en el cual se eligen los algoritmos de menor duración para ser ejecutados primero. Esta política asegura un comportamiento Hard RT.

SCHED_DEADLINE es la mejor opción actualmente pero requiere la última versión del kernel Linux (3.14 o posterior). Esto asegura que las tareas en DEADLINE se ejecutan con prioridad superior a cualquier otra cosa.

Notas

A su vez debe considerarse que al disponer de una Unidad de Manejo de Memoria (MMU), un Translation Lookaside Buffer (TLB, encargado de vincular direcciones de memoria lógica y memoria física) y memoria Caché como componentes intermediarios entre el procesador principal y la memoria principal, existe indefectiblemente indeterminación en tiempos de ejecución debido a estas características de hardware, sin mencionar las capacidades de ejecución especulativa de los procesadores como el Cortex­A9 o similares.

Existen formas de lidiar con estas indeterminaciones para asegurar comportamiento Hard Real­Time: Cache­line­lock, TLB flushing, TLB­locking etc. pero de por sí las arquitecturas con la MMU activada a fin de dar soporte a cualquier SO no puede considerarse bajo ningún punto de vista un procesador determinístico.

Debido a estas cuestiones es necesario utilizar o diseñar un nuevo Sistema Operativo de Tiempo Real específicamente orientado a un procesador no­determinístico, en el cual las tareas más críticas sean en realidad ejecutadas por un subsistema diseñado para responder en forma determinística. La sección siguiente describe en detalle el hardware que mejor se adapta a esta solución.

desarrollo/ciaa_acc/estudio_y_seleccion_del_sistema_operativo.txt · Última modificación: 2015/06/10 13:59 por dbrengi