Übersicht der 10 relevanten Realtime Betriebssysteme. Urs Böhm/31.August 2010

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1 Übersicht der 10 relevanten Realtime Betriebssysteme Urs Böhm/31.August 2010

2 Übersicht Wann ist ein Betriebssystem Echtzeitfähig -und wann nicht? Warum gibt es so viele RTOS? Verschiedene Einsatzgebiete -verschiedene RTOS. Was kann man Zertifizieren ( z.b. IEC 61508, DO-178B, Common Criteria EAL) und wie hilft das RTOS dabei? Realtime Linux Echtzeit und Multicore. Echtzeit und Virtualisierung. Kosten von kommerziellen und Open Source Betriebssystemen. Diskussion.

3 Was macht ein Embedded Betriebsystem? Stellt Treiber, Dienste und Infrastruktur bereit. Stellt durch Abstraktion eine verwendbare Ausführungs-Umgebung für Programme bereit. Abstrahiert den Hardware Abstraktion Layer HAL. Steuert und abstrahiert die Peripherie. Reagiert auf Fehler. Unterstützt ggf. die Konfiguration und Administration. Bietet Middleware Funktionalität. (Webserver, Flash usw ) Application User Operating Application System Operating System Hardware In einer zeitlich deterministischen Weise!

4 Echtzeitfähigkeit Deterministisches Timing Das RTOS hat bekannte und erwartete Verzögerungen für die Applikation. Es gibt keine zufälligen Zeit-Effekte. Mathematische Berechenbarkeit? Nicht deterministisches Timing Zufällige Verzögerungen können die Applikation unvorhersehbar verzögern. Was ist davon betroffen? Task switching time Task scheduling Intertask communication Intertask synchronisation Message passing Interrupt processing Non-fragmenting dynamic memory allocation (Garbage Collection)

5 Warum gibt es so viele RTOS? Die Office Welt ist homogen (Windows, Mac und Linux) Die Embedded Welt ist heterogen Mikrocontroller /Prozessoren Kostensensitivität Langzeitverfügbarkeit Zertifizierungen Umweltbedingungen Einsatzgebiete Industrie - Automotive Medizin - Militär Telekomunikation / Netzwerktechnik Soft- oder Hard-Realtime?

6 Woraus ergibt sich die Relevanz eines RTOS? Marktdurchdringung Technologie Zertifizierungsmöglichkeiten Einsatzgebiete Stabilität des Herstellers

7 Die 10 relevanten RTOS? FreeRTOS VxWorks QNX/ Neutrino Windows CE Realtime- Linux Integrity (Green Hills) MQX (Freescale) OS-9 OSE LynxOS Nucleus CMX RTX (Keil/ARM) Sciopta Emb OS (Segger) Inhouse ecos uc/cos-ii

8 Marktdurchdringung????

9 Canada Space Agency

10 Zertifizierungen Es wird nicht nur ein zertifiziertes RTOS benötigt, sondern ein System. Das RTOS ist ein wichtiger Baustein für die Zertifizierung! Zertifizierte RTOS-Versionen sind oft eingeschränkt. Applikation / Task Applikation / Task Zertifiziertes RTOS Hardware Gerät

11 Übersicht Zertifizierungen VxWorks DO-178B Level A IEC 61508; SIL-3 CENELEC EN QNX/ Neutrino IEC IEC 61508; SIL-3 Common Criteria ISO/IEC 15408; EAL4+ LynxOS DO-178B Level A Common Criteria CC EAL-7 Die Zertifizierungen ändern sich ständig. Man muss das zeitnah vor einer Entscheidung abklären. Win CE Sciopta Integrity (Green Hills) Zertifizierte RTOS haben Zertifizierbare oft einen eingeschränkten IEC61508 SIL-3 EN 50128; Funktionsumfang SWSIL-4 und Soft-SPS sind auf bestimmte IEC 61508; SIL-3 FreeRTOS EAL6+ Security Plattformen (MCU) beschränkt. DO178B Level A zertifizierbares kommerzielles Derivat

12 Realtime Linux Dual Kernel (Xenomai) RT-Code läuft im Kernel GPL- Lizenz Nicht Mainline Linux Harte Echtzeit Preemptive RT-Patch Ziel ist Preemptive Linux-Kernel Wird momentan in Kernel integriert Änderungen in Mainline Kernel nicht immer realtime kompatibel. Weiche Echtzeit Treiber Viele Treiber sind nicht Echtzeit fähig!

13 RTOS & Multicore Symmetric Multiprocessing SMP RTOS Core 1 Core 2 Asymmetric Multiprocessing AMP RTOS 1 RTOS 2 Core 1 Core 2 Multicore erhöht die Design Komplexität Muticore ermöglicht echte parallele Task-Ausführung anstatt serieller multiplexter Taskausführung. Gönnen Sie sich eine Ausbildung!

14 RTOS & Virtualisierung Task Task Task Task Task Task OS #1 RT OS #2 OS #3 Hypervisor Hosted Host RTOS #0 Bare-Metal Processor Hardware Stichwörter: Binary Translation Hardware assist virtualisation Para virtualisation (needs modified Guest OS) Schauen Sie es sich genau an!

15 Kosten Was kostet Sie ein Bug? Betriebssystem Entwicklungsumgebung Royalties Windows CE 6.0 IDE + Plattform Builder 995$ + Visual Studio Core 5$ bei 1000 Stk. Prof. 15$ bei 1000 Stk. Die grossen RTOS Ca $ bei 1000 Stk. Embedded Linux gratis oder Distribution z.b. Montavista $/ Jahr Sciopta Ab CHF (32 Bit CPU) 0.- CMX 2000 $ 4000 $ Entwicklerlizenz 0.- Eigener Scheduler nach Aufwand, Wartung! Alle Preise sind Verhandlungssache und Projekt und Firmenabhängig. Die obige Tabelle soll nur eine Idee über Preise vermitteln. Was kostet Sie Maintainability (Wartung) Was kostet Sie ein Entwickler?

16 Wo finde ich Hilfe? 2010 Embedded Market Study Vergleiche zwischen OS von Dedicated Systems Anforderungen und technische Whitepapers Indische Schulungsvideos auf Die Noser Engineering AG berät Sie gern herstellerunabhängig.

17 Diskussion

18 GPL GNU General Public License Eine gültige Lizenz mit Copyleft zur Lizenzierung freier Software! 1. SW darf ohne Einschränkungen genutzt werden, inkl. kommerzieller Nutzung. 2. Kopien dürfen inkl. Quellcode frei weitergegeben werden. Sie müssen aber nicht weitergegeben werden. 3. Das Programm darf frei geändert werden. 4. Geänderte Programme unterliegen der selben Lizenz.

19 GPL Ihre spezifische Lizenz Kunden Programm GPL Webserver FTP-Server Spezialanpassung Standard Programm Dual Kernel Linux (Xenomai) RT-Code Hardware

20 z.b. Embedded Linux z.b. RTOS Gastbetriebssystem Partitioning OperatingSystem Hardware