¿Qué es un verdadero

Feb 05, 2024

Su guía para elegir un RTOS para su próximo proyecto de sistema integrado.

Un sistema operativo en tiempo real (RTOS) es un sistema operativo con dos características clave: previsibilidad y determinismo. En un RTOS, las tareas repetidas se realizan dentro de un límite de tiempo estricto, mientras que en un sistema operativo de propósito general esto no es necesariamente así. La previsibilidad y el determinismo, en este caso, van de la mano: sabemos cuánto tiempo llevará una tarea y que siempre producirá el mismo resultado.

Los RTOS se subdividen en sistemas "blandos" en tiempo real y "duros" en tiempo real. Los sistemas blandos en tiempo real funcionan en unos pocos cientos de milisegundos, a la escala de una reacción humana. Sin embargo, los sistemas de tiempo real proporcionan respuestas que son predecibles en decenas de milisegundos o menos.

Taxonomía de sistemas operativos.

Un RTOS es un tipo de sistema operativo, pero es muy diferente del tipo con el que la mayoría de los consumidores están familiarizados. Los sistemas operativos de teléfonos o computadoras personales están, comparativamente, repletos de aplicaciones y funciones; deben poder soportar cualquier cosa que el usuario quiera hacer hoy. Un RTOS, por otro lado, está optimizado y está destinado a ejecutar sus tareas de forma rápida y eficaz. Es una fracción del tamaño, a veces sólo unos pocos megabytes (frente a más de 20 gigabytes), con una interfaz gráfica simple y carece de muchas funciones familiares, como un navegador web.

Un sistema integrado es una computadora integrada en una máquina más grande, por ejemplo, el microcontrolador de un brazo robótico. En sistemas no críticos con cierta flexibilidad en el cronograma, los desarrolladores pueden utilizar un sistema operativo de propósito general (GPOS) de código abierto como Linux. Linux tiene todas las funciones, es flexible y es bien conocido. En un sistema crítico (ya sea crítico para la seguridad o para la misión), los desarrolladores optan por sistemas operativos en tiempo real. Las características que distinguen a un RTOS suelen ser esenciales para el éxito. Por ejemplo, un brazo robótico en una fábrica debe ser predecible y confiable, y debe poder detenerse inmediatamente cuando los empleados ingresan a su área de operación. La variabilidad puede resultar en recursos desperdiciados, problemas de control de calidad o lesiones.

Un brazo robótico debe poder detenerse inmediatamente cuando los empleados ingresan a su área de operación.

Debido a sus beneficios, un sistema operativo en tiempo real se utiliza con mayor frecuencia en un sistema integrado, es decir, un sistema que opera detrás de escena de una operación más grande. El RTOS normalmente no tiene interfaz gráfica. Ocasionalmente, se integran varios sistemas operativos simultáneamente para proporcionar capacidad operativa junto con la usabilidad de un sistema operativo de propósito general.

Los RTOS se encuentran a menudo en dispositivos de borde inteligentes, también conocidos como sistemas de borde electromecánicos o ciberfísicos. Esto significa que el dispositivo produce y opera con datos. Así, un coche, por ejemplo, sería capaz de controlar su entorno y actuar sobre él instantáneamente por sí solo. Estos dispositivos suelen combinar inteligencia artificial o aprendizaje automático, o ambos, con componentes en tiempo real para aumentar las capacidades de la estructura subyacente.

Un automóvil autónomo debe poder monitorear su entorno y actuar sobre él instantáneamente por sí solo.

Un RTOS es pequeño, rápido, receptivo y determinista. Esto significa que ejecutará tareas de forma rápida y eficiente, respondiendo siempre como se espera. Debido a la importancia de su dispositivo host, la infraestructura RTOS es más segura y es menos probable que falle. Finalmente, un RTOS está orientado al desarrollador, lo que significa que continúa implementando actualizaciones que ayudan a los usuarios a codificar de manera más efectiva.

Algunas empresas intentan producir sus propios RTOS internamente, hechos a medida para su proyecto, en lugar de comprar un sistema operativo comercial disponible en el mercado. Esto tiene algunas ventajas: el sistema operativo está diseñado específicamente para el caso de uso y la empresa comprende su mecánica y su funcionamiento interno. Sin embargo, este enfoque suele ser más caro y requiere más tiempo, y los desarrolladores que no están acostumbrados a trabajar en sistemas operativos tardan mucho tiempo en producir uno. Usar un sistema comercial es más rápido, más fácil y brinda el beneficio de un equipo técnico experimentado que puede responder preguntas y brindar soporte. Un sistema operativo es una herramienta, muy parecida a un martillo o un taladro. Si bien podría crear uno (uno que entienda perfectamente y que se ajuste mejor a su proyecto), llevaría mucho tiempo, sin garantías de rendimiento o capacidad.

En aplicaciones que requieren acciones confiables y repetibles, se prefiere el RTOS a su contraparte del sistema operativo general. Especialmente en sistemas integrados o críticos, donde la confiabilidad y la velocidad son esenciales, se necesita un sistema operativo en tiempo real.

La industria RTOS está fuertemente influenciada por los desarrollos en la industria del hardware informático. Cuando los nuevos desarrollos, como el uso de tecnología multinúcleo, se vuelven comunes, los sistemas operativos se actualizan para admitirlos. Las tecnologías emergentes como la inteligencia artificial, el aprendizaje automático y 5G también están bajo el escrutinio de los desarrolladores de sistemas operativos, ya que una industria cambiante significa que los sistemas deben admitir una variedad de casos de uso. Los arquitectos de sistemas operativos deben considerar las tendencias en el desarrollo de software y hardware. A medida que el campo cambia y los perfiles de los desarrolladores cambian, las actualizaciones deben admitir nuevos lenguajes, nuevas tecnologías y nuevas implementaciones.

Las tecnologías emergentes como el aprendizaje automático y el 5G están bajo la lupa del desarrollador del sistema operativo.

Aparte de los detalles minuciosos, dos filosofías de diseño predominantes afectan el diseño de RTOS: núcleo monolítico versus micronúcleo. Estos sistemas se diferencian por su estructura; Mientras que los sistemas de núcleo monolíticos se ejecutan en un solo espacio, los sistemas de micronúcleo compartimentan diferentes componentes de la arquitectura.

En la arquitectura de microkernel, los componentes se almacenan en “habitaciones” separadas, que son independientes entre sí pero comparten un espacio similar. Una habitación se puede renovar sin afectar a quienes la rodean. Sin embargo, para pasar de uno a otro, debes cruzar la puerta y recorrer el pasillo, lo que es una pérdida de tiempo. Cualquier acción debe regresar al kernel antes de poder pasar al componente al que hace referencia, lo que significa que algunas operaciones tardan mucho más de lo necesario.

En un sistema monolítico, no hay "paredes" entre las habitaciones, por lo que puedes pasar de una a otra mucho más rápidamente. En lugar de implementar un núcleo pequeño, los núcleos monolíticos proporcionan sus propios servicios y regulan los de otras áreas. Con excepciones, las operaciones se ejecutan en el espacio del kernel, lo que elimina la necesidad recurrente de regresar al kernel y mejora la velocidad y el rendimiento. Sin embargo, hacer un cambio en un área podría tener ramificaciones para todo el sistema.

Los RTOS se pueden encontrar en innumerables productos en todo el mundo, y solo VxWorks alimenta a más de dos mil millones de dispositivos. Los sistemas, desde motores de automóviles hasta telescopios de espacio profundo, sistemas de guía de helicópteros y vehículos exploradores de Marte, utilizan sistemas integrados que ejecutan un sistema operativo en tiempo real.

Las expectativas sobre los sistemas integrados se extienden hasta los sistemas operativos que los impulsan. Los sistemas operativos en tiempo real deben seguir el ritmo de la innovación y adoptar prácticas de desarrollo modernas. Esto significa ser compatible con los marcos, lenguajes y metodologías adoptados por la nueva generación de desarrolladores de sistemas integrados, sin permitir ningún compromiso en términos de seguridad, protección, rendimiento o confiabilidad.

Los avances innovadores que aumentan el rendimiento, la conectividad y los ciclos de diseño están empezando a hacer obsoletos incluso los productos nuevos. Esto plantea la cuestión de cómo manejar los sistemas heredados. No es económicamente viable seguir grabando aplicaciones integradas. Los fabricantes de sistemas, por otro lado, preferirían utilizar el código existente tanto como sea posible, especialmente cuando ya se ha invertido para certificar el software.

Los avances en las plataformas de hardware basadas en múltiples núcleos han permitido la consolidación de sistemas y aplicaciones integrados. Con un solo chip capaz ahora de contener cualquier cantidad de 2 a 64 CPU, es posible reducir el costo, el tamaño y el peso del producto final enviado.

La virtualización también está acelerando el desarrollo de sistemas integrados. Ahora se pueden ejecutar múltiples sistemas integrados, en forma virtualizada, en un hipervisor encima de una sola pieza de hardware. Esto es fundamental para los fabricantes que desean maximizar su inversión en IP existente y al mismo tiempo proporcionar un puente entre las aplicaciones heredadas y las nuevas plataformas.

Además de las opciones RTOS internas, los desarrolladores pueden optar por utilizar sistemas operativos de código abierto o basados ​​en la comunidad. Si bien estos proporcionan algunos de los beneficios de un sistema operativo en tiempo real, se quedan cortos en otras áreas clave. Las implementaciones más grandes a menudo utilizan placas que cuestan cientos, miles o incluso millones de dólares, lo que significa que los desarrolladores están invirtiendo mucho en hardware. Los problemas encontrados al implementar un sistema de código abierto podrían retrasar rápidamente los plazos y estirar los presupuestos. Los sistemas de código abierto también carecen de un respaldo organizado, lo que puede dar lugar a documentación faltante o fallos técnicos no resueltos. Un sistema comercial, por otro lado, viene con los beneficios de un equipo de ingeniería profesional y organizado que ayudará a resolver problemas o brindar explicaciones.

Un sistema comercial viene con los beneficios de un equipo de ingeniería profesional y organizado.

Si es necesario obtener una certificación de seguridad, aprovechar un RTOS comercial puede hacer que lograrlo sea más fácil y rentable, al tiempo que reduce el riesgo de cronograma. En una evaluación para la certificación de seguridad, el RTOS comercial debe proporcionar páginas de evidencia de certificación o perfiles de seguridad para la certificación específica que requiere su empresa.

Los RTOS comerciales tienen una amplia gama de paquetes de soporte de placa (BSP) para ayudar con la configuración y el diseño de la placa. Estos kits de software hacen que sea rápido y fácil usar un RTOS con tipos específicos de hardware. En Wind River®, ofrecemos la gama más amplia de BSP en la industria del software integrado. Cada uno de nuestros paquetes se prueba y valida para lograr una interoperabilidad perfecta para ayudarlo a acelerar su proceso de desarrollo e innovar su diseño.

Las necesidades de su negocio, la estructura de costos y el presupuesto pueden afectar su decisión.

Si bien el costo de un RTOS comercial puede ser una gran objeción, también se deben considerar sus beneficios generales. Estos podrían ser ventajas competitivas, tiempo de comercialización, ahorro de costos, reducción de riesgos y tranquilidad. Es importante desarrollar y probar el valor del negocio para determinar si estos beneficios superan el costo.

Al considerar un RTOS comercial, investigue la opción de pagos de regalías a través de un modelo de licencia de producción (PL) frente a un cargo inicial. El modelo PL es de riesgo compartido porque ayuda a crear un incentivo financiero para que su negocio tenga éxito. Las necesidades de su negocio, la estructura de costos y el presupuesto pueden afectar su decisión.

El rendimiento a largo plazo, la seguridad y la compatibilidad con funciones también son factores a la hora de seleccionar un RTOS comercial. Algunas áreas de ejemplo para verificar incluyen la compatibilidad de API preservada y el cumplimiento de POSIX®. Saber cuánto se espera que cambie el núcleo del sistema operativo en un futuro próximo puede ayudarle a predecir cuánto esfuerzo será necesario para actualizar o revertir las versiones. También podría haber consideraciones de migración en torno a las redes y los BSP, y es fundamental que la opción elegida tenga la documentación y el soporte experto necesarios para su éxito.

VxWorks es el RTOS más confiable y ampliamente implementado de la industria para sistemas integrados críticos que deben ser seguros y protegidos. Ofrece un tiempo de ejecución probado, determinista y en tiempo real combinado con un enfoque moderno para el desarrollo. Independientemente de la industria o el tipo de dispositivo, las empresas confían en el pedigrí de seguridad, protección, alto rendimiento y confiabilidad de VxWorks.

En Wind River, nuestra familia de productos para sistemas integrados se expande más allá de nuestra solución comercial VxWorks RTOS. VxWorks puede ser más adecuado para proyectos que requieren certificación, tienen problemas de propiedad intelectual, no pueden usar código GPL y/o requieren soporte de personalización específico de nuestros servicios de propiedad intelectual. También ofrecemos Wind River Linux si hay una arquitectura no compatible en su desarrollo. Todos nuestros productos están respaldados por nuestra galardonada atención al cliente global y servicios de IP para ayudarlo a alcanzar los objetivos de su negocio y programa.

Los productos y servicios de Wind River trabajan juntos para respaldar diseños de sistemas diferenciados.

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