PDF de programación - Topic 5 - Operating Systems in Industrial Applications

Topic 5

ARM Cortex M3(i)



Operating Systems in Industrial

Applications

5 Operating Systems

 La informatica industrial a menudo trata de la

programacion de pequeños sistemas informáticos sin

muchos recursos.

 Si aumentamos la complejidad del hardware o de los

algoritmos a emplear, necesitaremos de otra aplicación

que nos ofrezca las funciones del sistema

 Sistema Operativo
 Aplicación industrial

•

se ejecuta en modo usuario

 Sistema Operativo

•

en modo supervisor

Aplicación
industrial

Sistema Operativo

Hardware

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5 Operating Systems

 Tarea o Proceso  Programa en ejecucion

 Tarea es cualquier programa que se encuentre cargado en

memoria desde la que es procesado por la CPU.

 Caracteristicas de las tareas

 Deben ser lo mas independientes posibles del resto de tareas.

No deben compartir datos con otras tareas

 Tendrá sistemas para intercambiar informacion con es exterior (E/S)

y con el resto de tareas (sincronizacion)

 Dispondrá de areas de memoria propias

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5 Operating Systems

 Multitarea

 Monotarea.

 Sistema informatico que solo puede mantener simultaneamente un

programa de aplicación cargado en memoria

 Multitarea.

 Permite a varios programas simultaneamente



Paralelismo de grano gordo. ->Dan la sensacion de que varios

trabajos independientes se ejecutan en paralelo







Se aprovecha los tiempos de espera de una tarea para que

ejecuten instrucciones otras tareas

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5 Operating Systems

 Procesos

 El Sistema Operativo se encarga de administrar el tiempo,

sincronizar y comunicar entre si a los procesos

 Permite a tareas trabajar mientras otras esperan otros eventos

 En un mismo sistema pueden existir tareas de tiempo real con

tareas sin requerimientos temporales estrictos

 El Sistema Operativo es el encargado de asegurar que se

cumplen los tiempos de las tareas de TR

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5 Operating Systems

Tiempo de
espera a
eventos

Tarea de
tiempo real



Planific

ador

Tarea de
tiempo real

Tarea con
operaciones de
E/S



Despac

hador



CPU

Tarea en
ejecución

Tiempo
de
cómputo

Tiempo de
acceso a

E/S

STOP

Tarea de
cómputo
intensivo

Figura -. Colaboración entre planificador y despachador.

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5 Operating Systems

 Procesos

 Proceso Se pueden ver como contenedores de recursos

 Tareas que ejecutan codigo

 Memoria

 Descriptores de archivos

 Objetos que indican elementos software o hardware que se tienen en uso



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5 Operating Systems

 Si una aplicación necesita realizar más de un

trabajo,¿Cómo lo estructuramos?

 Solucion 1

 Realizar una aplicación que vaya ejecutando en orden todos los trabajos

que hay que realizar.

 Ventajas

 Sencillo

 Inconveniente

 No es eficiente. Si en uno de los trabajos se accede a hardware, toda la

aplicación debe esperar a que el hardware responda



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5 Operating Systems

 Si una aplicación necesita realizar más de un

trabajo,¿Cómo lo estructuramos?

 Solucion 2

 Dividir toda la aplicación en trabajos, y asignar cada uno de ellos a un

procesos.

 Si necesito comunicar datos entre ellos, utilizar metodos de comunicación

entre procesos (pipes, sockets, buffers de memoria,…)

 Ventajas

 Puede incrementar el rendimiento de la aplicación
 Disminuye el tiempo de respuesta por la ejec. paralelo

 Inconveniente

 Se duplican los recursos
 La comunicación entre procesos puede llegar a ser lenta



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5 Operating Systems

 Si una aplicación necesita realizar más de un

trabajo,¿Cómo lo estructuramos?

 Solucion 3

 Permitir una ejecucion paralela de los diferentes trabajos en el mismo

proceso

 No necesito comunicar datos entre los flujos, ya que estos pueden acceder

a todos los recursos

 Surgen para poder obtener esta solucion los subprocesos (o procesos

ligeros o hilos)



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5 Operating Systems

 El proceso es un contenedor de los recursos que utilice la

aplicación

 Memoria

 Descriptores de archivos

 Objetos que indican elementos software o hardware que se tienen en uso

 Y................ Los hilos de los que haga uso



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5 Operating Systems

 Hilos

 Cada proceso tendrá por lo menos un hilo

 Los hilos son entes de ejecución de código, tareas que

comparten recursos

 Estado de un hilo lo define

 Su propia pila

 Los registros del procesador a nivel de usuario

 Una estructura interna del núcleo con informacion adicional del estado del

hilo

 En la pila es donde se almacena la parte fundamental de su

estado, que incluye fundamentalmente su estado



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5 Operating Systems

 Hilos

 Todos los recursos son compartidos por todos los hilos del proceso

 Las variables globales y la memoria dinámica (como vimos está en la zona de

memoria asignada a la parte de código) será compartida por todos los
procesos Problema de concurrencia



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5 Operating Systems

 Hilos

 Estados de un hilo

Lista

Bloqueada

Corriendo

Terminada

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5 Operating Systems

 Creacion de Hilos.

 Los sistemas operativos multihilados ofrecen a los usuarios la

forma de crear hilos.

 Nosotros en esta asignatura nos vamos a basar en un Sistema

Operativo soportado por Cortex-M3: RTX.

 RTX es un sistema operativo de tiempo real creado para

dispositivos basados en el procesador Cortex-M. El Kernel de
RTX se puede utilizar para crear aplicaciones que realizan varias
tareas al mismo tiempo. Permite la programacion de aplicaciones
de usuario usando el estándar de C y C++ y compilados con
ARMCC, GCC o IAR compilator.



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5 Operating Systems

 Creacion de Hilos.

 El CMSIS-RTOS es una API (Interfaz de programación de aplicaciones)

común para RTOS. Proporciona una interfaz de programación estándar que

es portátil para muchos RTOS y por lo tanto permite que las plantillas de

Software, middleware, bibliotecas y otros componentes soportados por RTOS

 El RTX CMSIS-RTOS gestiona los recursos del micro implementa el

concepto de hilos paralelos que se ejecutan simultáneamente.



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5 Operating Systems

 Creacion de Hilos.



osThreadId osThreadCreate (const osThreadDef_t *thread_def, void *argument)

 Crea un hilo y lo añadie a la lista de Hilos Activos en el estado de READY


Parameters:







[entrada] thread_def Puntero a una definicion de hilo realizada mediante osThreadDef y referenciada con
osThread.

[entrada] argument Puntero a una variable que se pasa a la funcion del hilo como un argumento de
entrada. t.




returns: ID del hilo para referenciar por otras funciones o NULL en caso de error.



Inicia hilo asignado a una funcion y lo añade a la lista hilos activos, estableciendo su estado como
READY. La función del hilo recibe el argumento como argumento de la función cuando se ésta se
inicia. Cuando la prioridad de la función del hilo creado es superior al hilo RUNNING, el hilo creado
comienza inmediatamente y se convierte en el nuevo hilo RUNNING .



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



5 Operating Systems

 Creacion de Hilos.

 La definicion de un hilo se realiza en dos fases:

 Primero se define la funcion que va a ejecutar



void FuncionHilo(void const *arg);

 A continuacion se define el tipo de hilo



osThreadDef (funtion_name,priority,instancias,stacksize)



La prioridad del hilo tendra los valores



osPriorityIdle = -3,
osPriorityLow = -2,
osPriorityBelowNormal = -1,
osPriorityNormal = 0,
osPriorityAboveNormal = +1,
osPriorityHigh = +2,
osPriorityRealtime = +3,
osPriorityError = 0x84



Instancias: numero maximo de hilos con esta definicion que se crearan.

 StackSize. Tamaño de la pila del hilo (en bytes). 0->Tamaño standar.

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5 Operating Systems

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5 Operating Systems

 Creacion de Hilos.



Example

#include "cmsis_os.h“



void Thread_1 (void const *arg); // function prototype for Thread_1

osThreadDef (Thread_1, osPriorityNormal, 1, 0); // define Thread_1



void ThreadCreate_example (void) {

osThreadId id;

id = osThreadCreate (osThread (Thread_1), NULL); // create the thread

if (id == NULL)



{ // handle thread creation

// Failed to create a thread

}

osThreadTerminate (id); // stop the thread

}



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5 Operating Systems

 Creacion de Hilos.

osThreadId osThreadGetId (void)

 Retorna el identificador osThreadId del hilo que la llama

osStatus osThreadTerminate (osThreadId thread_id)

 Finaliza la ejecucion del hilo que la llama y lo borra de la lista de Hilos Activos.

osStatus osThreadSetPriority (osThreadId thread_id, osPriority priority)

 Cambia la prioridad del hilo thread_id a la prioridad priority.











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5 Operating Systems

 Concurrencia

 Si dos sistemas pretenden usar simultaneamente un mismo

recurso se dice que lo usan concurrentemente

 Eso puede provocar errores

 de codigo modificaciones de la memoria compartida.
 Dispositivo hardwarecorrupcion de datos



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5 Operating Systems

Código en lenguaje C

int main(int argc, char** argv)
{
int iNum, iCubo, iCont;
printf(“Introduzca un nº:”);
scanf(“%d”, &iNum);
iCubo = iNum;
if(!CompruebaNumero(iNum))
{
printf(“Número no válido”);
return -1;
}
for(iCont = 0; iCont < 2; ++iCont)
iCubo *= iNum;
printf( “\nEl cubo de %d es %d\n”,
iNum, iCubo);
return 0;
}

int CompruebaNumero(int num)
{
if(num > 1000)
return 0;
return 1;
}

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5 Operating Systems

Código en lenguaje C

int main(int argc, char** argv)
{
int iNum, iCubo, iCont;
printf(“Introduzca un nº:”);
scanf(“%d”, &iNum);
iCubo = iNum;
if(!CompruebaNumero(iNum))
{
printf(“Número no válido”);
return -1;
}
for(iCont = 0; iCont < 2; ++iCo