ETUDE ET ANALYSE FONCTIONNELLE DE FreeRTOS

Abstract

Les systèmes temps réel sont de plus en plus omniprésents avec la prolifération des systèmes embarques, plus petits, plus puissants et peu couteux. Ces systèmes sont utilisés dans des domaines très variés, et font partie de notre vie de tous les jours. Ceci a rendu l’électronique de plus en plus présente sous plusieurs variétés de forme : les moyens de transport, les téléphones portables, le multimédia, et tout système embarqué. Les systèmes embarqués deviennent de plus en plus complexes. C’est pour cette raison que les concepteurs ont recours à l’emploi d’un noyau temps réel multitâche (RTOS) pour gérer cette complexité. Ce RTOS permet à une application d’être visualisée sous forme d’un ensemble de modules qui s’exécutent quasi-simultanément sur un même processeur. Le système temps réel doit également pouvoir prendre immédiatement en compte les stimuli synchrones provenant du matériel, il doit donc pouvoir gérer les interruptions. On associe classiquement à chaque interruption, un module appelé routine d’interruption (ISR), qui réalise l’interface entre l’application et son environnement matériel. Ces routines d’interruption, encore appelés séquences immédiates, ont pour but de répercuter l’occurrence d’un évènement (seuil de température franchi, capteur activé, etc. …) à la tâche chargée de son traitement. FreeRTOS est un système d'exploitation temps réel gratuit et (open source) développé par Real Time Engineers, parmi ses fonctionnalités figurent les caractéristiques suivantes : des tâches préemptives, un support de plusieurs architectures de microcontrôleurs, un faible encombrement (4,3Ko sur un ARM7 après compilation3), écrit en C et compilé avec divers compilateurs . Il permet également un nombre illimité de tâches à exécuter en même temps et aucune limitation quant à leurs priorités tant que le matériel utilisé peut se le permettre. Enfin, il implémente des files d'attente, des sémaphores binaires et de comptage et des mutex.

ملخص: أصبحت أنظمة الوقت الحقيقي أكثر انتشارًا مع انتشار الأنظمة الموجودة على متن الطائرة ، وأصغر حجمًا وأكثر قوة وأقل تكلفة. تُستخدم هذه الأنظمة في مجموعة متنوعة من المجالات ، وهي جزء من حياتنا اليومية. وقد أدى هذا إلى ظهور الإلكترونيات بشكل متزايد في العديد من الأشكال: وسائل النقل ، والهواتف المحمولة ، والوسائط المتعددة ، وأي نظام على متن الطائرة. أصبحت الأنظمة المدمجة أكثر تعقيدًا. لهذا السبب يلجأ المصممون إلى استخدام نواة متعددة المهام في الوقت الحقيقي (RTOS) للتعامل مع هذا التعقيد. يتيح نظام RTOS عرض التطبيق على أنه مجموعة من الوحدات التي تعمل في وقت واحد تقريبًا على معالج واحد. يجب أن يكون نظام الوقت الحقيقي أيضًا قادرًا على أن يأخذ في الاعتبار المحفزات المتزامنة من الأجهزة على الفور ، لذلك يجب أن يكون قادرًا على إدارة الانقطاعات. تقليديًا ، ترتبط كل مقاطعة بوحدة نمطية تسمى روتين المقاطعة (ISR) ، والتي توفر الواجهة بين التطبيق وبيئة الأجهزة الخاصة به. تهدف إجراءات المقاطعة هذه ، والتي تسمى أيضًا التسلسلات الفورية ، إلى تمرير وقوع حدث (عبر عتبة درجة الحرارة ، وتنشيط المستشعر ، وما إلى ذلك) إلى المهمة المسؤولة عن معالجتها. FreeRTOS هو نظام تشغيل فوري (مفتوح المصدر) مجاني تم تطويره بواسطة Real Time Engineers من بين وظائفه الخصائص التالية: المهام الاستباقية ، ودعم العديد من هياكل المتحكم الدقيقة ، والبصمة الصغيرة (4.3 كيلو بايت على ARM7 بعد التجميع 3) ، ومكتوبة بلغة C ومجمعة مع مجمعين مختلفين. كما يسمح بتنفيذ عدد غير محدود من المهام في نفس الوقت ولا توجد قيود على أولوياتهم طالما أن الأجهزة المستخدمة قادرة على تحمل ذلك. أخيرًا ، فإنه ينفذ قوائم الانتظار ، والإشارات الثنائية والعد والعلامات.

Abstract: Real-time systems are more and more ubiquitous with the proliferation of smaller, more powerful and inexpensive on-board systems. These systems are used in a wide variety of fields, and are part of our everyday life. This has made electronics increasingly present in many varieties of forms: means of transport, cell phones, multimedia, and any on-board system. Embedded systems are becoming more and more complex. It is for this reason that designer’s resort to using a real-time multitasking kernel (RTOS) to handle this complexity. This RTOS allows an application to be viewed as a set of modules that run almost simultaneously on a single processor. The real-time system must also be able to immediately take into account synchronous stimuli from the hardware, so it must be able to manage interruptions. Classically, each interrupt is associated with a module called the interrupt routine (ISR), which provides the interface between the application and its hardware environment. These interrupt routines, also called immediate sequences, are intended to pass on the occurrence of an event (temperature threshold crossed, sensor activated, etc.) to the task responsible for its processing. FreeRTOS is a free and (open source) real-time operating system developed by Real Time Engineers, among its features are the following characteristics: preemptible tasks, support for several microcontroller architectures, small footprint (4.3KB on an ARM7 after compilation3), written in C and compiled with various compilers. It also allows an unlimited number of tasks to be performed at the same time and no limitation on their priorities as long as the hardware used can afford it. Finally, it implements queues, binary and counting semaphores, and mutexes.