Un système d`exploitation temps réel

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Un système d'exploitation
Un système d'exploitation, (en anglais operating system, abrégé OS), est l'ensemble de
programmes central d'un appareil informatique qui effectue les opérations de manipulation du
matériel. Il sert à coordonner, optimiser et uniformiser l'utilisation du matériel informatique
par les logiciels applicatifs.
Intermédiaire entre les logiciels applicatifs et le matériel, le système d'exploitation effectue de
nombreuses opérations au service des logiciels applicatifs et offre ainsi une manière unifiée
d'exploiter les périphériques de l'ordinateur par l'intermédiaire d'interfaces de programmation
banalisées.
Un système d'exploitation sert à coordonner l'utilisation du ou des processeur(s), et accorder
un certain temps pour l'exécution de chaque processus ; à réserver de l'espace dans les
mémoires pour les besoins des programmes et à organiser le contenu des disque durs ou
d'autres mémoires de masse en fichiers et répertoires.
Les systèmes d'exploitation sont présents dans tous les types d'appareil informatique :
ordinateur, assistant personnel, ainsi que console de jeu, téléphone portable ou GPS.
Un système d'exploitation est conçu pour fonctionner avec une gamme particulière de
machines (type de processeur, constructeur, architecture). Si un système d'exploitation est
disponible pour plusieurs gammes machines différentes, alors le même code source est
compilé et adapté à chaque gamme de machines. La liste exacte des machines sur lesquelles il
peut être utilisé dépend aussi de la palette des pilotes inclus dans le système d'exploitation.
Selon sa construction, un système d'exploitation peut être multi-tâches ou alors mono-tâche,
multi-utilisateurs ou alors mono-utilisateur, il peut aussi être multiprocesseurs et/ou en temps
réel.
 Un OS est dit multi-tâches quand il permet l'exécution simultanée de plusieurs
programmes. Les premiers systèmes d'exploitation multi-tâches sont apparus dans les
années 1960, et tous les systèmes d'exploitation contemporains sont multi-tâches.
 Il est dit multi-utilisateurs quand il est conçu pour être utilisé simultanément par
plusieurs usagers, souvent à travers un réseau informatique. De tels systèmes
d'exploitation sont typiquement utilisés pour des serveurs ainsi que des mainframes ou
des superordinateurs. Ils sont multi-tâches et en général sécurisés, c'est-à-dire qu'il
vont refuser d'exécuter toute opération pour laquelle l'usager n'a pas préalablement
reçu une permission.
 Il est dit multi-processeurs quand il est conçu pour exploiter un ordinateur équipé de
plusieurs processeurs. Dans de tels systèmes d'exploitation, plusieurs programmes sont
exécutés simultanément par les différents processeurs.

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 Il est dit temps réel quand il garantit que les opérations seront effectuées en respectant
des délais très stricts, et ce quelles que soient les conditions d'utilisation. De tels
systèmes d'exploitation sont utilisés dans l'industrie, l'aéronautique ou l'électronique
grand public pour créer des systèmes temps réel.
 Les systèmes embarqués sont des systèmes d'exploitation prévus pour fonctionner sur
des machines de petite taille, possédant une autonomie réduite. Ainsi, une
caractéristique essentielle des systèmes embarqués est leur gestion avancée de
l'énergie et leur capacité à fonctionner avec des ressources limitées.
Un système d'exploitation temps réel
Un système d'exploitation temps réel (RTOS) est un système d'exploitation multitâche destiné
aux applications temps réel. Ces applications comprennent les systèmes embarqués
Un RTOS facilite la création d'un système temps réel, mais ne garantit pas que le résultat final
respecte les contraintes temps réel, ce qui exige le développement correct du logiciel. Un
RTOS n'a pas nécessairement pour but d'être performant et rapide, mais un RTOS fournit des
services et des primitives qui, si elles sont utilisées correctement, peuvent garantir les délais
souhaités. Un RTOS utilise des ordonnanceurs spécialisées afin de fournir aux développeurs
des systèmes temps réel les outils et les primitives nécessaires pour produire un comportement
temps réel souhaité dans le système final.
Temps réel strict/souple
On distingue deux types de temps réel suivant l'importance accordée aux contraintes
temporelles:
 le temps réel strict ou dur (hard real-time) : ne tolère aucun dépassement de ces
contraintes, ce qui est souvent le cas lorsque de tels dépassements peuvent conduire à
des situations critiques, voire catastrophiques. Donc un système temps réel strict doit
respecter des limites temporelles données même dans la pire des situations d'exécution
possibles (pilote automatique d'avion, système de surveillance de centrale nucléaire,
matériel médical, etc).
 et le temps réel souple ou mou (soft real-time) : s'accommode de dépassements des
contraintes temporelles dans certaines limites au-delà desquelles le système devient
inutilisable. Donc un système temps réel souple doit respecter ses limites pour une
moyenne de ses exécutions. On tolère un dépassement exceptionnel, qui sera peut-être
rattrapé à l'exécution suivante (visioconférence, jeux en réseau, etc).

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Introduction aux systèmes embarqués
Les systèmes embarqués recouvrent une multitude d'applications, allant de microcontrôleurs
simples aux plus sophistiqués des systèmes d'imagerie médicale et des applications
industrielles complexes (sondes spatiales, robot, PDA, ordinateur de bord de véhicule, etc.).
Au cœur de toutes ces différentes applications, un système d'exploitation (OS) est le socle
logiciel qui fournit un ensemble de services aidant les développeurs de logiciels pour livrer
leurs produits sur le marché plus rapidement et avec des performances optimales.
Macroware OS-9
OS-9 est un système d'exploitation multitâches, multi-utilisateurs similaire à Unix (Unix-like).
Pourtant à la différence de ce dernier, OS-9 est un système temps réel, compact et modulaire.
OS-9 est de part sa modularité et sa compacité un système d'exploitation embarqué. C'est à
dire qu'il est possible d'intégrer ce système d'exploitation dans un ensemble autonome sans
mémoire de masse.
Le système d'exploitation Microware OS-9 (de RadiSys) : la haute performance et haute
disponibilité en temps réel; est déployé et éprouvé dans des milliers de produits dans le monde
et représente des centaines d'applications embarquées dans les domaines d’automatisation et
contrôle industriels, d’automobile et de l'instrumentation médicale.
NB : Ne pas confondre avec Mac OS 9.
Origine de OS-9
Microware OS-9 est né en 1980 et a été conçu à l'origine pour le processeur Motorola 6809.
OS-9 s'exécute maintenant sur une multitude de plates-formes allant du processeur Motorola
68k au processeur PowerPC en passant par la gamme des processeurs Intel.
Processeur Motorola 6809

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Microware Systems Corporation est la société ayant produit le système d'exploitation OS-9.
Microware Systems Corporation a existé de 1977 jusqu'en septembre 2001, moment où la
société fut rachetée par RadiSys Corporation et devint une division de cette compagnie.
Caractéristiques principales d'OS-9
Temps réel strict (Hard Real-Time)
Contrairement à Windows et quelques Linux basiques (se règle à la compilation), Microware OS-9 a
été conçu dès le départ pour répondre aux exigences de hautes performances et à la fiabilité du temps-
critique des applications embarquées, en respectant des limites temporelles données même dans les
pires situations d'exécution possibles.
Économe en ressources
OS-9 offre un excellent rendement même dans les environnements les plus restreintes. OS-9 et les
applications utilisateurs peuvent s’exécuter complètement en dehors de la mémoire (ROM / Flash),
laissant la RAM dédiée aux systèmes d'exploitation (ou aux autres programmes).
Les modules sont réentrants. Il faut comprendre par là, que les modules peuvent être partagés
par plusieurs processus. Ce qui permet une grande compacité car le code exécutable du
module n'est présent qu'une seule fois en mémoire, en plus de cela les processus partageant le
code requièrent seulement des exemplaires d’espace de données (la pile, les descripteurs de processus,
et d'autres structures du système).
Architecture modulaire scalable
L'architecture modulaire (c'est à dire qu'il est architecturé en modules mémoire) de OS-9, lui
permet la configuration dynamique des changements et lui offre des améliorations afin de répondre
aux nouvelles exigences du système (sans redémarrage).
Les applications de OS-9 sont écrites comme des modules autonomes, et ne sont pas liés dans une
seule base de code monolithique avec le noyau.
Virtuellement, n'importe quel module de l’OS-9 peut être ajouté, supprimé ou mis à jour soit au
démarrage du système ou lorsque le système est en marche. Cela signifie que de nouvelles
fonctionnalités peuvent être ajoutées facilement, en temps réel, et même après le déploiement sur le
terrain.
Fiabilité et sécurité
L’esprit de la conception de OS-9 a été : la fiabilité, la sécurité et la sûreté. Contrairement aux

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architectures monolithiques, l'architecture modulaire avancée de OS-9 offre un niveau de sécurité
optimal, ce qui est privilégié pour les environnements en réseau d'aujourd'hui.
Multi-coeurs et virtualisation
Couplé à “Microware Hypervisor virtualization technology“, l'OS-9 offre une flexibilité architecturale
jamais égalée. En effet, la plate-forme de virtualisation supporte un nombre illimité de processeurs /
hyper-threads, ce qui en fait de lui (OS-9) le choix approprié pour les architectures multi-processeurs.
Pour les clients qui cherchent à :
*réduire les coûts de propriété, de la réutilisation des applications et des outils de développement,
*consolider leurs OSs à temps réel, et leurs applications sur la même plateforme virtuelle,
*optimiser les performances et améliorer la fiabilité du système,
OS-9 est la meilleure solution.
Des services étendus et des intergiciels
L’architecture étendue de OS-9 pour les I/O, prend en charge un large éventail de dispositifs et leur
mise sous réseau (avec des gestionnaires de fichiers et pilotes de périphériques), procurant un lot de
services laissant aux clients plus de temps pour innover et à différencier leurs produits.
Compatibilité avec Unix
OS-9 est un système compatible avec Unix, au niveau du code. C'est à dire qu'un programme
écrit en langage C, pourra être compilé sur l'un ou l'autre de ces systèmes. Il est par contre
indispensable dans ce cas, d'accéder aux ressources par l'intermédiaire du système
d'exploitation et de se limiter à l'emploi des bibliothèques de fonctions standardisées.
Ce qui fait sa force
En plus de ces caractéristiques (citées ci-dessus) :
 L’ordonnanceur est très sensible aux interruptions et aux événements extérieurs et assure la
réaction du système en temps réel.
 La tolérance aux pannes avec la gestion des exceptions.
 L’architecture basique d’un processus peut être vue comme un ensemble illimité de threads
fils.
 Les IPCS communications inter-processus: signaux, événements, sémaphores, pipes et les
modules de données (boite aux lettres, file de messages…).
 Préemptif, basé sur les priorités dynamiques
 Les tâches sont réparties en classes, chaque classe regroupe les processus de même priorité.
 La priorité d’une tâche peut être changée dynamiquement.
 POSIX threads permet la portabilité de l’environnement OS-9.
 Allocation dynamique de ressources aux processus privilégiés
 Bibliothèques partagées, système de fichiers hiérarchique
 Peut travailler sans mémoire de masse, le module système restant alors dans la RAM
 Pas d'accès direct au matériel