Sistemas operativos para microcontroladores

μC/OS-II fue diseñado para su uso en sistemas embebidos. Si el fabricante dispone de la cadena de herramientas adecuada (es decir, compilador C, ensamblador y enlazador ), μC/OS-II puede integrarse como parte de un producto.

μC/OS-II se utiliza en muchos sistemas embebidos, entre ellos:

• aviónica
• Equipos y dispositivos médicos
• equipos de comunicaciones de datos
• Electrodomésticos​​
• Teléfonos móviles , asistentes digitales personales (PDA), MID
• Controles industriales
• electrónica de consumo
• Automotor

μC/OS-II es un sistema operativo multitarea . Cada tarea es un bucle infinito y puede estar en cualquiera de los siguientes cinco estados (véase la figura a continuación).

• Latente
• Listo
• Correr
• Esperando (un evento)
• Interrumpido ( rutina de servicio de interrupción (ISR))

Además, puede gestionar hasta 64 tareas. Sin embargo, se recomienda reservar ocho de estas tareas para μC/OS-II , dejando una aplicación con hasta 56 tareas. ^{[ 9 ]}

El núcleo es el nombre que recibe el programa que realiza la mayoría de las tareas de mantenimiento del sistema operativo. El cargador de arranque cede el control al núcleo, que inicializa los distintos dispositivos a un estado conocido y prepara el ordenador para las operaciones generales. El núcleo es responsable de gestionar las tareas (es decir, de gestionar el tiempo de la CPU) y de la comunicación entre tareas. ^{[ 10 ]} El servicio fundamental que proporciona el núcleo es el cambio de contexto .

El planificador es la parte del núcleo responsable de determinar qué tarea se ejecuta a continuación. ^{[ 11 ]} La mayoría de los núcleos en tiempo real se basan en prioridades. En un núcleo basado en prioridades, el control de la CPU siempre se otorga a la tarea de mayor prioridad lista para ejecutarse. Existen dos tipos de núcleos basados ​​en prioridades: no preemptivos y preemptivos . Los núcleos no preemptivos requieren que cada tarea haga algo para ceder explícitamente el control de la CPU. ^{[ 11 ]} Un núcleo preemptivo se utiliza cuando la capacidad de respuesta del sistema es más importante. Por lo tanto, μC/OS-II y la mayoría de los núcleos comerciales en tiempo real son preemptivos. ^{[ 12 ]} La tarea de mayor prioridad lista para ejecutarse siempre recibe el control de la CPU.

Las tareas con la mayor tasa de ejecución reciben la máxima prioridad mediante la planificación de tasa monótona . ^{[ 13 ]} Este algoritmo de planificación se utiliza en sistemas operativos en tiempo real (RTOS) con una clase de planificación de prioridad estática . ^{[ 14 ]}

En informática , una tarea es una unidad de ejecución . En algunos sistemas operativos , una tarea es sinónimo de proceso , en otros de hilo . En los sistemas informáticos de procesamiento por lotes , una tarea es una unidad de ejecución dentro de un trabajo . El usuario del sistema μC/OS-II puede controlar las tareas mediante las siguientes funciones:

• Función de tarea
• Creación de tareas
• Pila de tareas y comprobación de la pila
• Eliminación de tareas
• Cambiar la prioridad de una tarea
• Suspender y reanudar una tarea
• Obtener información sobre una tarea ^{[ 15 ]}

Para evitar la fragmentación , μC/OS-II permite que las aplicaciones obtengan bloques de memoria de tamaño fijo a partir de una partición formada por un área de memoria contigua. Todos los bloques de memoria tienen el mismo tamaño y la partición contiene un número entero de bloques. La asignación y desasignación de estos bloques de memoria se realiza en tiempo constante y es un sistema determinista . ^{[ 16 ]}

μC/OS-II requiere que se proporcione una fuente de tiempo periódica para controlar los retardos y los tiempos de espera. Un pulso debe producirse entre 10 y 1000 veces por segundo, o Hertz . Cuanto mayor sea la frecuencia del pulso, mayor será la sobrecarga que μC/OS-II impondrá al sistema. La frecuencia del pulso de reloj depende de la resolución de pulso deseada por la aplicación. Las fuentes de pulso se pueden obtener dedicando un temporizador de hardware o generando una interrupción a partir de una señal de la red eléctrica de corriente alterna (CA) (50 o 60  Hz). Esta fuente de tiempo periódica se denomina pulso de reloj. ^{[ 17 ]}

Una vez determinado el tiempo de un tic-tac , las tareas pueden ser:

• Retrasar una tarea
• Reanudar una tarea postergada

La comunicación entre tareas o procesos en μC/OS-II se produce mediante semáforos , buzones de mensajes, colas de mensajes, tareas y rutinas de servicio de interrupción (ISR). Estos elementos pueden interactuar entre sí cuando una tarea o una ISR envía una señal a otra tarea a través de un objeto del núcleo denominado bloque de control de eventos (ECB). Dicha señal se considera un evento.

Los usos son los mismos que para μC/OS-II.

μC/OS-III es un sistema operativo multitarea . Cada tarea es un bucle infinito y puede estar en cualquiera de los cinco estados (inactivo, listo, en ejecución, interrumpido o pendiente). μC/OS-III admite un número ilimitado de prioridades de tarea, pero configurarlo con entre 32 y 256 prioridades suele ser adecuado para la mayoría de los sistemas embebidos. ^{[ 20 ]}

Cuando dos o más tareas tienen la misma prioridad, el núcleo permite que una tarea se ejecute durante un tiempo predeterminado, denominado cuanto , y luego selecciona otra tarea. Este proceso se conoce como planificación round robin o división de tiempo. El núcleo cede el control a la siguiente tarea en la cola si:

• La tarea actual no tiene trabajo que hacer durante su intervalo de tiempo, o
• La tarea actual se completa antes del final de su intervalo de tiempo, o
• El segmento de tiempo termina.

La funcionalidad del kernel para μC/OS-III es la misma que para μC/OS-II .

La gestión de tareas funciona igual que en μC/OS-II . Sin embargo, μC/OS-III admite multitarea y permite que una aplicación tenga cualquier número de tareas. El número máximo de tareas está limitado únicamente por la cantidad de memoria del ordenador (tanto de código como de datos) disponible para el procesador.

Una tarea puede implementarse mediante ejecución programada hasta su finalización, en cuyo caso la tarea se elimina a sí misma cuando termina, o, más comúnmente, como un bucle infinito, esperando a que ocurran eventos y procesando dichos eventos.

La gestión de la memoria se realiza de la misma manera que en μC/OS-II .

μC/OS-III ofrece las mismas funciones de gestión de tiempo que μC/OS-II . Además, proporciona servicios a las aplicaciones para que las tareas puedan suspender su ejecución durante periodos de tiempo definidos por el usuario. Estos periodos se especifican mediante ciclos de reloj, horas, minutos, segundos o milisegundos .

En ocasiones, una tarea o rutina de servicio de interrupción (ISR) debe comunicar información a otra tarea, ya que no es seguro que dos tareas accedan simultáneamente a los mismos datos o recursos de hardware. Esto se puede solucionar mediante una transferencia de información, denominada comunicación entre tareas. La información se puede comunicar entre tareas de dos maneras: a través de datos globales o mediante el envío de mensajes.

Al usar variables globales, cada tarea o ISR debe asegurarse de tener acceso exclusivo a las variables. Si hay una ISR involucrada, la única forma de asegurar el acceso exclusivo a variables comunes es deshabilitar las interrupciones . Si dos tareas comparten datos, cada una puede obtener acceso exclusivo a las variables deshabilitando las interrupciones, bloqueando el planificador, usando un semáforo o, preferiblemente, usando un semáforo de exclusión mutua . Los mensajes se pueden enviar a un objeto intermedio llamado cola de mensajes o directamente a una tarea, ya que en μC/OS-III , cada tarea tiene su propia cola de mensajes integrada. Use una cola de mensajes externa si varias tareas van a esperar mensajes. Envíe un mensaje directamente a una tarea si solo una tarea procesará los datos recibidos. Mientras una tarea espera a que llegue un mensaje, no usa tiempo de CPU.