[stm32] RTOS 이론 정리

🚃 RTOS 란?

사용자 - 프로그램 - 하드웨어 간 소통을 통해 도와주는 OS에서 수행하는 작업이 제한 시간 안에 정확하게 이루어져야
할 때 사용하는 것이 RTOS이다.
Window와 같은 OS는 용량이 크고 MCU는 실시간성이 중요하기 때문에 RTOS 중 가벼운 RTOS를 주로 사용한다. 

실시간은 기한을 경과해서는 안 된다.

🚃 RTOS의 분류

RTOS는 크게 소프트웨어와 하드웨어 RTOS로 나뉜다.

• 소프트웨어 RTOS
  원하는 장치에서 RTOS 소프트웨어를 실행하여 RTOS를 사용하는 것을 의미한다.
  실시간성이 요구되나 소프트웨어상의 딜레이 등의 장애가 있어도 될 때 사용한다.
  (※ e.g. 실시간 게임, 비디오 스트리밍, 각종 애플리케이션 등에 사용하며 FreeRTOS, ChibiOS/RT 등이 있다.)
• 하드웨어 RTOS
  RTOS 기능이 있는 별도의 하드웨어 장치를 사용하는 것을 의미한다.
  엄격한 실시간성이 요구되며 장애가 일어나서는 안 되는 기능일 때 사용한다. 
  (※ e.g. 자동차 에어백, 비행 제어 시스템 등에 사용하며  VxWorks, QNX, RTOS-32 등이 있다.) 

🚃 RTOS의 기능

RTOS는 작업을 제한 시간 안에 완료해야 하므로 작업을 들어온 순서대로 처리하는 것이 아닌
제한 시간에 따른 우선순위에 따라 처리한다. 
(※ MCU가 하나의 프로세스와 하나의 스레드만을 가지고 있을 경우 아래 그림과 같이 동작하며
    여러 개의 프로세스와 스레드를 가질 경우 여러 작업이 병렬로 우선순위에 따라 처리된다.)  

ㄹRTOS 작업 처리 예시(※ 프로세스와 스레드가 하나일 때)

RTOS의 기능을 요약하면 아래와 같다..

1. 스케줄링
   pthread_create() 함수를 통해 FREERTOS와 같은 운영 체제에 스레드 생성을 요청하고, 해당 운영체제는
    설정한 스레드의 우선 순위에 따라 스레드를 실행한다. 

2. 동기화

    이벤트가 발생했음을 알리는 이벤트 변수를 여러 개의 스레드에서 공유하는 데 구체적으로 아래와 같다.
    우선순위가 더 높은 스레드 1에서 event_flag 값을 설정하고 스레드 2에서는 event_flag 값이 설정되지 않으면
    대기하는 방식으로 스레드 2가 동시에 또는 먼저 실행되어 순서가 바뀌어 다른 값이 저장 또는 출력되거나 
    함을 방지한다.

3. 시간 제어
    RTOS에서 제공하는 API를 통해 원하는 작업을 원하는 순간에 정지 및 시작 등의 시간적 제어를 할 수 있다. 

4. 효율적 작업 처리 
    작업들의 동기화와 작업에 할당되는 메모리 제어 및 관리를 통해 작업을 더 효율적으로 처리할 수 있게 한다.

위 작업들을 osThreadFlags와 osEventFlags를 통해 수행할 수 있으며 아래와 같은 특징이 있다.

구 분	osThreadFlags	osEventFlags
스레드와의 관계	스레드가 자체적으로 플래그를 관리함	스레드가 자체적으로 이벤트를 공유함
사용 방법	스레드가 직접 플래그를 설정하고 대기	이벤트 플래그 객체를 생성 및 사용하며 플래그를 설정하고 대기
장 점	스레드 간에 직접 통신 가능 플래그를 사용하여 각종 이벤트 구현 가능	스레드 간에 간접 통신 가능 이벤트 객체를 통해 이벤트 구현 가능
단 점	스레드 간에 직접 통신하기 때문에 데이터 충돌이 발생할 수 있음	이벤트 플래그 객체를 생성해야 하며 사용 방법이 다소 복잡함

플래그를 사용해서 통신을 하는 점은 똑같으나 직접 적으로 통신, 객체를 이용해 간접적으로 통신 이라는 차이점이 있다.
더 구체적으로 RTOS를 사용하는 과정은 실습을 통해 확인해 보고자 한다. 

🚃 FreeRTOS

FREERTOS는 아마존에서 서비스중인 MCU용 무료 실시간 운영 체제(RTOS)이다. 

코드가 매우 작아 메모리 용량이 작은 MCU에서도 사용 가능하며 효율성이 높아 빠르며 
대부분의 MCU에서 사용 가능한 특징이 있다.

 

[참조]

https://rakuraku.tistory.com/328