أول محتوى عربي عن أنظمة الزمن الحقيقي .عمل كل من الطالبان آلاء بارافي و موفق سمكة ساعد في الترجمة :الصيدلاني مصطفى حميدو

2. ‫؟‬ ‫الحقيقي‬ ‫الزمن‬ ‫نظام‬ ‫هو‬ ‫ما‬
‫هو‬‫دخل‬ ‫لتحريض‬ ‫يستجيب‬ ‫المعلومات‬ ‫لمعالجة‬ ‫نظام‬
‫ومنتهية‬ ‫معينة‬ ‫زمنية‬ ‫مدة‬ ‫في‬ ‫خارجي‬.
‫قد‬‫يكون‬:
1-‫لين‬ ‫الزمن‬ ‫نظام‬: RT -‫أحيانا‬ ‫يسمح‬‫بإغفال‬‫المواعيد‬
‫النهائية‬(‫على‬‫عرض‬ ‫تحديث‬ ‫المثال‬ ‫سبيل‬‫الفيديو‬.)
2-‫صعب‬ ‫الزمن‬ ‫نظلم‬: RT –‫تلبية‬ ‫أن‬ ‫يعني‬‫النهائ‬ ‫الموعد‬‫ي‬
‫األهمية‬ ‫غاية‬ ‫في‬ ‫هو‬(‫الصواري‬ ‫تحكم‬ ‫المثال‬ ‫سبيل‬ ‫على‬‫خ‬.)

3. ‫أنظمة‬ ‫مع‬ ‫التوافق‬ ‫عدم‬‫مشاركة‬:
‫الوسطية‬ ‫الحاالت‬ ‫تحسين‬ ‫تحاول‬ ‫الزمن‬ ‫مشاركة‬ ‫انظمة‬
‫ان‬ ‫عليها‬ ‫الحقيقي‬ ‫التوقيت‬ ‫انظمة‬ ‫لكن‬‫تأخذ‬‫اال‬ ‫في‬‫عتبار‬
‫االحتماالت‬ ‫اسوء‬.
‫للحاال‬ ‫جيد‬ ‫هو‬ ‫ما‬ ،‫لالثنين‬ ‫التصميم‬ ‫اهداف‬ ‫اختالفات‬‫ت‬
‫تدهور‬ ‫الى‬ ‫يؤدي‬ ‫الوسطية‬‫الحالة‬‫لألسواء‬.
‫تتط‬ ‫و‬ ‫االفتراضية‬ ‫الذاكرة‬ ‫هو‬ ‫لذلك‬ ‫كالسيكي‬ ‫مثال‬‫لب‬
paging

4. ‫ال‬ ‫مالءمة‬liunx‫للهارد‬Rt:
‫بها‬ ‫التنبؤ‬ ‫يمكن‬ ‫ال‬ ‫جدولة‬-‫النظ‬ ‫تحميل‬ ‫على‬ ‫يعتمد‬‫ام‬.
‫الخشنة‬ ‫مؤقت‬ ‫قرار‬(10‫ثانية‬ ‫مللي‬)
‫نواة‬Non-preemptible
‫الخش‬ ‫الحبيبات‬ ‫لمزامنة‬ ‫تستخدم‬ ‫المقاطعات‬ ‫تعطيل‬‫نة‬.
‫استخدام‬‫الظاهرية‬ ‫الذاكرة‬
‫كفاءة‬ ‫طلبات‬ ‫ترتيب‬ ‫إعادة‬(‫القرص‬ ‫مثال‬I / O)

5. POSIX 1003.1b Standard:
‫في‬ ‫اللي‬ ‫الحقيقي‬ ‫الزمن‬ ‫نظام‬ ‫ميزات‬ ‫على‬ ‫للحصول‬
UNIX‫،يتطلب‬‫ما‬ ‫ذلك‬‫يلي‬:
‫جدولة‬‫وقائية‬ ‫أولوية‬
‫الذاكرة‬ ‫في‬ ‫افتراضية‬ ‫صفحات‬ ‫قفل‬
‫الحقيقي‬ ‫الوقت‬ ‫في‬ ‫إشارات‬
‫تحسين‬IPC
‫الوقت‬ ‫ضبط‬ ‫أجهزة‬ ‫تحسين‬
‫سبق‬ ‫ما‬ ‫إلى‬ ‫فقط‬ ‫جزئيا‬ ‫يتفق‬ ‫لينكس‬.
(mlocksystem,setsched calls)

6. RT Linux – Aims(‫الهدف‬: )
‫تحقيق‬‫أداء‬RT‫الثابت‬.
‫من‬ ‫عال‬ ‫مستوى‬‫دقة‬Timer‫الجدولة‬ ‫في‬.
‫لتوفير‬‫للكمون‬ ‫منخفضة‬ ‫مقاطعة‬
‫جدولة‬‫مخصصة‬.
‫ك‬ ‫مجموعة‬ ‫بحيث‬ ‫لينكس‬ ‫نواة‬ ‫على‬ ‫طفيفة‬ ‫تغييرات‬‫من‬ ‫املة‬
‫الخدمات‬OS‫المتاحة‬.

7. (‫منهج‬)RT Linux – Approach:
‫برامج‬ ‫من‬ ‫طبقة‬ ‫هناك‬‫بين‬ ‫المحاكاة‬‫نواة‬‫اللينكس‬‫و‬
‫المقاطعة‬ ‫تحكم‬ ‫أجهزة‬.
‫يمنع‬‫تعطيل‬‫المقاطعة‬‫بواسطة‬‫لينوكس‬.
Cli, sti and iret‫محاكات‬ ‫برامج‬ ‫بنسخ‬ ‫يستبدلون‬
‫متطابقة‬.

8. Interrupt Emulation(‫محاكاة‬
‫المقاطعة‬: )
 S_CLI :
movl $0, SFIF
 S_STI :
sti
pushfl
pushl $KERNEL_CS
pushl $1f
S_IRET
1:

9. Interrupt Emulation (‫محاكاة‬
‫المقاطعة‬: )
 S_IRET:
push %ds
pushl %eax
pushl %edx
movl $KERNEL_DS, %edx
mov %dx, %ds

10. Interrupt Emulation (‫محاكاة‬
‫المقاطعة‬: )
cli
movl SFREQ, %edx
andl SFMASK, %edx
bsfl %edx, %eax
jz 1f
S_CLI
sti
jmp SFIDT (,%eax,4)

11. Interrupt Emulation (‫محاكاة‬
‫المقاطعة‬: )
1:
movl $1, SFIF
popl %edx
popl %eax
popl %ds
iret

12. RT Linux – Tasks(‫مهام‬)
‫التصميم‬‫األولي‬-‫كل‬‫مهمة‬‫منفذة‬‫في‬‫مساحة‬‫العنوان‬
‫الخاص‬‫بها‬.
‫اآلن‬‫جميع‬‫المهام‬‫تعمل‬‫في‬‫نفس‬‫مساحة‬‫العنوان‬(‫في‬
‫فضاء‬‫النواة‬)‫وعلى‬‫أعلى‬‫مستوى‬‫االمتياز‬.
‫ولكنها‬‫للغاية‬‫عرضة‬‫للخطأ‬‫كما‬‫أن‬‫خلل‬‫في‬‫تطبيق‬‫واحد‬
‫يمكن‬‫أن‬‫تقضي‬‫على‬‫النظام‬‫بأكمله‬.
‫تعمل‬‫المهام‬‫كوحدة‬‫النواة‬،‫و‬‫يمكن‬‫أن‬‫يحدث‬‫إضافة‬
‫بشكل‬‫أوتوماتيكي‬.
‫ال‬‫يستخدم‬‫تبديل‬‫السياق‬‫األجهزة‬x86.
‫إجرائيات‬‫المصادر‬‫ينبغي‬‫أن‬‫يكون‬‫لها‬‫قسم‬‫ثابت‬.

13. RT Linux - Scheduling
Default-‫جدولة‬‫تع‬ ‫يتم‬ ‫حيث‬ ‫األولوية‬ ‫تستند‬ ‫بسيطة‬‫يين‬
‫األولويات‬ ‫ثابت‬ ‫بشكل‬ ‫المهام‬.‫المهمة‬ ‫المقرر‬ ‫ومن‬‫ذات‬
‫القصوى‬ ‫األولوية‬‫للتشغيل‬ ‫جاهزة‬.
 the scheduler is itself a load able kernel .
module.
‫جدولة‬ ‫سياسات‬‫بديلة‬:
( EDF) -‫جدولة‬ ‫يتم‬ ‫التي‬ ‫الديناميكية‬ ‫األولويات‬ ‫جدولة‬
‫مهلة‬ ‫أقرب‬ ‫مع‬ ‫المهمة‬.
-(RM)‫جدولة‬‫لمهام‬ ‫ثابتة‬ ‫أولوية‬‫دورية‬‫تعيين‬ ‫يتم‬ ‫حيث‬‫المهمة‬
‫الفترة‬ ‫مع‬‫األصغر‬.‫هي‬ ‫الجدولة‬ ‫هذه‬ ‫وربما‬‫المثل‬ ‫السياسة‬‫ى‬

14. ‫تستخدم‬ ‫التي‬ ‫التطبيقات‬ ‫تصميم‬RT LIUNX:
‫من‬ ‫النظام‬ ‫هذا‬ ‫في‬ ‫التطبيقات‬ ‫تتألف‬ ‫أن‬ ‫المتوقع‬ ‫من‬‫جزئيين‬
:
‫ب‬ ،‫صغير‬ ،‫سريع‬ ‫يكون‬ ‫و‬ ‫الحقيقي‬ ‫الزمن‬ ‫نظم‬ ‫جزء‬‫سيط‬.
‫يأخذ‬ ‫أن‬ ‫يجب‬ ‫و‬ ،‫المستخدم‬ ‫فضاء‬ ‫في‬ ‫يعمل‬ ‫آخر‬ ‫جزء‬
‫بالحسبان‬I/O..
‫الحقيق‬ ‫الزمن‬ ‫مهام‬ ‫مع‬ ‫يتواصل‬ ‫أن‬ ‫عليه‬ ‫المهام‬ ‫مستخدم‬‫ي‬
‫عبر‬FiFo‫الحقيقي‬ ‫الزمن‬.

15. ‫التطبيقات‬ ‫تصميم‬ ‫مخطط‬:
User Process
RT Fifo
RT Fifo
RT Process
Peripheral Device
Linux Kernel
NetworkDisk
X Windows
Display

16. Why RT Linux ?
‫أسباب‬‫تصميم‬RT Linux‫يمكن‬‫أن‬‫يفهم‬‫من‬‫خالل‬‫دراسة‬
‫عمل‬‫نواة‬‫لينكس‬‫القياسية‬:
‫نواة‬‫لينكس‬‫تفصل‬‫بين‬Hardware‫و‬‫مهام‬‫مستوى‬
‫المستخدم‬.
‫تستخدم‬‫نواة‬‫لينكس‬‫خوارزميات‬‫الجدولة‬‫وتعين‬‫األولوي‬‫ة‬‫لكل‬
،‫مهمة‬‫لتوفير‬‫متوسط‬‫األداء‬‫الجيد‬‫أو‬‫اإلنتاجية‬.
‫وهكذا‬‫فإن‬‫النواة‬‫لديها‬‫القدرة‬‫على‬‫وقف‬‫أي‬‫مهمة‬‫على‬‫مستوى‬
،‫المستخدم‬‫مرة‬‫واحدة‬‫وقد‬‫تفوق‬‫تلك‬‫المهمة‬‫شريحة‬‫الوقت‬
‫المخصصة‬‫لها‬‫من‬‫قبل‬‫وحدة‬‫المعالجة‬‫المركزية‬.

17. Hello World in RT Linux
pthread_t thread;
void * start_routine(void * arg) {
. . .
}
int init_module(void) {
return pthread_create(&thread, NULL,
start_routine, 0);
}
int cleanup_module(void) {
pthread_delete(thread);
}

18. Hello World in RT Linux
void * start_routine(void *arg) {
struct sched_param p;
p.sched_priority = 1;
pthread_setschedparam(pthread_self(),
SCHED_FIFO, &p);
pthread_make_periodic_np(pthread_self(),
gethrtime(), 500000000);
while (1) {
pthread_wait_np();
rtl_printf(“Hello World !n”);
}
return 0;
}

19. 19
Linux Kernel (‫ليونكس‬ ‫نواة‬)
System libraries
Device drivers Linux kernel
Hardware
I/O Hardware Interrupts
User Processes

20. 20
RTLinux Kernel
Hardware
System libraries
Device drivers Linux kernel
I/O Software Interrupts
User Processes
RTLinux Plug-in
Real Time Tasks
RT-Scheduler
I/O Hardware Interrupts
Linux is executed in the background
Direct
h/w
access

21. 21
Linux Kernel: code
perspective (‫الكود‬ ‫تجسيد‬)
Linux Monolithic kernel core
M1
M2
M3
M4
KernelLoadableModules
RAM DISK
Module M2 service
(system call)
User
Process
M2
THE
controller

22. 22
RTLinux Kernel: code perspective
‫الكود‬ ‫عن‬ ‫يعبر‬ ‫رسم‬
Linux Monolithic kernel core
RTM2
RTM3
M1
M2
KernelLoadableModules
RAM
DISK
Load RT core
RT Load
command
RT-Core Module
RT core
M3
THE
controller

23. RTLINUX MODULES
‫ال‬‫برامج‬ ‫إنشاء‬ ‫يتم‬RTLinux‫وحدة‬ ‫على‬ ‫بناء‬‫قائمة‬
‫بذاتها‬‫بل‬ ،‫يتم‬ ‫والتي‬ ،‫وحدات‬ ‫أنها‬ ‫على‬ ‫إنشاؤها‬ ‫يتم‬
‫نواة‬ ‫الفضاء‬ ‫في‬ ‫تحميلها‬‫لينكس‬.
‫يتم‬‫تجميع‬‫ملفات‬‫المصدر‬C‫إلى‬‫أغراض‬‫الملفات‬
‫األمر‬ ‫باستخدام‬gcc‫مع‬(“(“argument –c flag
‫يحصل‬‫الوظيفة‬ ‫استبدال‬main)(‫التالية‬ ‫األسطر‬ ‫مع‬:

24. RTLINUX MODULES
 Int init_module();
 Void cleanup_module();
 Init_module is called when the module is
first loaded into the kernel.
 This function returns 0 if the module is
successfully loaded. It returns a
negative value in case of failure. When
the module is loaded is to be unloaded ,
the cleanup_module() is called.

25. EXECUTING THE RTLINUX
MODULES:
‫في‬ ‫المستخدمة‬ ‫الوحدات‬ ‫إيقاف‬ ‫و‬ ‫تحميل‬ ‫يمكنك‬
RtLiunx‫أوامر‬ ‫باستخدام‬‫الليونكس‬(liunx)
‫هي‬ ‫األوامر‬ ‫من‬ ‫جملة‬ ‫بناء‬:
$rtlinux start my_program
$rtlinux stop my_program
$rtlinux status my_program

26. ‫الطالبان‬ ‫من‬ ‫كل‬ ‫عمل‬:
‫آالء‬‫بارافي‬‫سمكة‬ ‫موفق‬ ‫و‬.

27. http://www.tldp.org/HOWTO/RTLinux-HOWTO-3.html
‫مراجع‬:
CprE 458/558: Real-Time Systems (G. Manimaran)
CS397 Ambuj and Utkarsh Feb 2000
Dr. C. SARITHA , Lecturer in Electronics,SSBN Degree & PG College Anantapur