Sistemas operativos embebidos, ce y tiempo real



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SISTEMAS OPERATIVOS EMBEBIDOS, CE Y TIEMPO REAL





PRESENTADO A: CARLOS GOMEZ

PRESENTADO POR: BRIGETH CEBALLOS 908514

BEATRIZ SERNA 908558

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

SEDE MANIZALES

SISTEMAS OPERATIVOS

23 DE OCTUBRE DEL 2012


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INDICE


INTRODUCCION………………………………………………………...........2

MARCO TEORICO………………………………………………………….....3

CUERPO………………………………………………………………………..4

Introducción……………………………………………………………...4

Historia y evolución...……………………………………………………5

Presentación………………………………………………………………16

Estructura y Componentes del sistema………………………………...17

Plataformas sobre las que trabaja………………………………………18

Proceso de instalación…………………………………………………...23

Gestión de procesos y del procesador……………………………….....25

Gestión de memoria……………………………………………………….27

Gestión de memoria auxiliar……………………………………………...28

Gestión de entrada y salida……………………………………………....31

Gestión de comunicaciones y seguridad……………………………….31

Soporte a tiempo real……………………………………………………..34

Soporte para la nube e integración a ella (cloud computing)……….35

Análisis comparativo con Linux y Windows XP………………………...38

Estadísticas de utilización a nivel mundial……………………………...39

Otros aspectos……………………………………………………….........43

RESUMEN………………………………………………………………………..45

CONCLUSIONES………………………………………………………………..50

OBSERVACIONES……………………………………………………………....51

BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………………...52

INTRODUCCION

Un sistema operativo embebido es aquel que está integrado en los circuitos de los dispositivos electrónicos, entre estos dispositivos encontramos electrodomésticos, teléfonos móviles, radios, televisores, automóviles, lectores de códigos de barras, equipos médicos, asistentes digitales personales (PDA), etc. Estos sistemas suelen tener algunas características de los sistemas de tiempo real los cuales han sido desarrollados con el fin de con el fin de garantizar el cumplimiento de forma adecuada de las tareas teniendo en cuenta las restricciones de tiempo lo que hace necesario que el sistema sea determinista; pero los sistema operativo embebido tienen limitaciones de tamaño, memoria y consumo de electricidad que los hace especiales; y no suelen ser visibles.

Windows CE es otro ejemplo de sistema operativo embebido el cual es un integrante de la familia Windows que tiene un objetivo especial, proveer un moderno sistema operativo de plataforma cruzada, multihilado y de tamaño pequeño. Cuando se habla de tamaño, se refiere a la cantidad de memoria y de almacenamiento necesario para albergar al sistema.

Ha sido notable la importancia y el aumento de la utilidad de los sistemas operativos embebidos, pues hoy en día estamos rodeados de todo tipo de aparatos electrónicos y este tipo de sistema operativo es el más común en muchos de ellos puesto que están limitados a un número fijo y escaso de tareas.

El objetivo de esta compilación bibliográfica es el poder definir distintas etapas y componentes que integran los sistemas operativos embebidos y que le han permitido lograr un mejor rendimiento de todos los componentes electrónicos en el cumplimiento de sus funciones. Se comprende la historia, evolución y visión general de los sistemas operativos embebidos, ce y de tiempo real, conceptos del funcionamiento interno, gestión de procesos, de memoria, comunicación y seguridad, también se presentan estadísticas para medir las tendencias de uso de estos en el mercado actual.

Conocer el funcionamiento y los detalles de este tipo de sistemas es importante para tener una visión como desarrollador que finalmente es uno de los objetivos de la carrera de Administración de Sistemas Informáticos reconociendo que cualquier desarrollo va a necesitar estar sobre un sistema operativo particular de acuerdo a las actividades que realice el mismo.
MARCO TEORICO

Como parte de la investigación a realizar sobre los sistemas operativos embebidos es necesario tener una base de conocimiento que responda a incógnitas singulares como lo son:

¿Qué son sistemas operativos embebidos?, ¿Qué características presentan?, ¿Cómo se comportan? y otros interrogantes; cuyas respuestas las mostraremos a continuación.

Un sistema operativo embebido es aquel que ha sido creado para un sistema embebido, es decir, un sistema de computación limitado a un número fijo y escaso de tareas. Aquí no entran, evidentemente, los ordenadores personales ni los móviles, tabletas o dispositivos avanzados que conocemos.

Una peculiaridad de los sistemas embebidos es que son un todo con las aplicaciones que ejecutan, lo que quiere decir que en muchos casos no es posible instalar en ellos ningún tipo de software adicional.

Un uso muy común de los sistemas embebidos es en los sistemas de tiempo real, entendiéndose por sistemas en tiempo real a aquellos sistemas en los que el control del tiempo es vital para el correcto funcionamiento. Los sistemas en tiempo real necesitan realizar ciertas operaciones o cálculos en un límite de tiempo. Donde ese límite de tiempo resulta crucial.

Algunas de las características de estos sistemas es que son dependientes. Dentro del concepto de dependencia surgen otros como confiabilidad, mantenimiento, seguridad y disposición. Estos aplican para sistemas embebidos que funcionan en fábricas o plantas industriales que corren durante todo el día. También, los sistemas embebidos tienen que ser eficientes, tanto en el consumo de energía como el código que ocupan para funcionar, esto se debe a la limitada capacidad de memoria de almacenamiento que poseen.

INTRODUCCION

En la cotidianidad nos encontramos con miles de herramientas como el microondas, el auto, el ascensor, el equipo de audio, el avión los cuales son controlados por computadoras que normalmente no poseen una pantalla, un teclado o disco rígido, y no responden a lo que comúnmente denominamos PC. Pero realmente nunca nos detenemos para preguntarnos como logra desarrollar todas sus funciones, la pregunta que podría surgir ¿es que acaso son inteligentes?, pues no es así simplemente son sistemas de computación limitado a un número fijo y escaso de tareas. Descartando, evidentemente, los ordenadores personales ni los móviles, tablets o dispositivos avanzados que conocemos; que tienen integrado un sistema operativo embebido y de tiempo real que les permite desarrollar las actividades repetitivas y sencillas, para las que fueron diseñados estos electrodomésticos.



Una particularidad de los sistemas embebidos es que son un todo con las aplicaciones que ejecutan, lo que quiere decir que en muchos casos no es posible instalar en ellos ningún tipo de software adicional.
Windows CE es otro ejemplo de sistema operativo embebido el cual es un integrante de la familia Windows que tiene un objetivo especial, proveer un moderno sistema operativo de plataforma cruzada, multihilado y de tamaño pequeño. Cuando se habla de tamaño, se refiere a la cantidad de memoria y de almacenamiento necesario para albergar al sistema.


HISTORIA SISTEMAS OPERATIVOS EMBEBIDOS Y TIEMPO REAL

A finales de los 40's el uso de computadoras estaba restringido a aquellas empresas o instituciones que podían pagar su alto precio, y no existían los sistemas operativos. En su lugar, el programador debía tener un conocimiento y contacto profundo con el hardware, y en el infortunado caso de que su programa fallara, debía examinar los valores de los registros y paneles de luces indicadoras del estado de la computadora para determinar la causa del fallo y poder corregir su programa, además de enfrentarse nuevamente a los procedimientos de apartar tiempo del sistema y poner a punto los compiladores, ligadores, etc; para volver a correr su programa, es decir, enfrentaba el problema del procesamiento serial (serial processing).

La importancia de los sistemas operativos nace históricamente desde los 50's, cuando se hizo evidente que el operar una computadora por medio de tableros enchufables en la primera generación y luego por medio del trabajo en lote en la segunda generación se podía mejorar notoriamente, pues el operador realizaba siempre una secuencia de pasos repetitivos, lo cual es una de las características contempladas en la definición de lo que es un programa. Es decir, se comenzó a ver que las tareas mismas del operador podían plasmarse en un programa, el cual a través del tiempo y por su enorme complejidad se le llamó "Sistema Operativo". Así, tenemos entre los primeros sistemas operativos al Fortran Monitor System (FMS) e IBSYS.

Posteriormente, en la tercera generación de computadoras nace uno de los primeros sistemas operativos con la filosofía de administrar una familia de computadoras: el OS/360 de IBM. Fue este un proyecto tan novedoso y ambicioso que enfrentó por primera vez una serie de problemas conflictivos debido a que anteriormente las computadoras eran creadas para dos propósitos en general: el comercial y el científico. Así, al tratar de crear un solo sistema operativo para computadoras que podían dedicarse a un propósito, al otro o ambos, puso en evidencia la problemática del trabajo en equipos de análisis, diseño e implantación de sistemas grandes. El resultado fue un sistema del cual uno de sus mismos diseñadores patentizó su opinión en la portada de un libro: una horda de bestias prehistóricas atascadas en un foso de brea.

Surge también en la tercera generación de computadoras el concepto de la multiprogramación, porque debido al alto costo de las computadoras era necesario idear un esquema de trabajo que mantuviese a la unidad central de procesamiento más tiempo ocupada, así como el encolado (spooling) de trabajos para su lectura hacia los lugares libres de memoria o la escritura de resultados. Sin embargo, se puede afirmar que los sistemas durante la tercera generación siguieron siendo básicamente sistemas de lote.

En la cuarta generación la electrónica avanza hacia la integración a gran escala, pudiendo crear circuitos con miles de transistores en un centímetro cuadrado de silicón y ya es posible hablar de las computadoras personales y las estaciones de trabajo. Surgen los conceptos de interfaces amigables intentando así atraer al público en general al uso de las computadoras como herramientas cotidianas. Se hacen populares el MS-DOS y UNIX en estas máquinas. También es común encontrar clones de computadoras personales y una multitud de empresas pequeñas ensamblándolas por todo el mundo.

Para mediados de los 80's, comienza el auge de las redes de computadoras y la necesidad de sistemas operativos en red y sistemas operativos distribuidos. La red mundial Internet se va haciendo accesible a toda clase de instituciones y se comienzan a dar muchas soluciones (y problemas) al querer hacer convivir recursos residentes en computadoras con sistemas operativos diferentes. Para los 90's el paradigma de la programación orientada a objetos cobra auge, así como el manejo de objetos desde los sistemas operativos. Las aplicaciones intentan crearse para ser ejecutadas en una plataforma específica y poder ver sus resultados en la pantalla o monitor de otra diferente (por ejemplo, ejecutar una simulación en una máquina con UNIX y ver los resultados en otra con DOS). Los niveles de interacción se van haciendo cada vez más profundos.

En los últimos 10 años el mundo de las comunicaciones ha cambiado drásticamente. A partir del año 1993 con el surgimiento de la WWW, una buena parte de la población del mundo tuvo acceso a una red de datos global que durante mucho tiempo fue de uso exclusivo de la comunidad académica universitaria y del departamento de defensa de los Estados Unidos de América. Este acercamiento masivo hacia esta red de redes conocida como Internet, trajo consigo muchas ventajas, la más importante de estas es sin duda la posibilidad de achicar las distancias. La World Wide Web, permitió a los usuarios de la red acceder de manera simple a una gran cantidad de información e incluso de una manera sencilla colocar la propia información al alcance de todos los demás usuarios. El navegado se volvió una herramienta de uso cotidiano en el hogar.

Con el tiempo Internet permitió realizar tareas que hace 10 años demandarían días u horas en unos pocos minutos y dio origen a nuevas ideas. La posibilidad de actuar a distancia usando a Internet como medio para poder realizar operaciones de control o mantenimiento también empezó a cobrar vigencia. Y es sobre esto lo que versa una parte importante de este trabajo, que toma como punto de partida la posibilidad y el alcance de usar a Internet como un medio de fácil acceso para permitir el control y el mantenimiento de dispositivos electrónicos. Por ejemplo usando un simple navegador se puede tener un panorama completo y en tiempo real del estado de una planta industrial, una finca o el sistema de seguridad de una vivienda, y esto puede ser controlado desde cualquier parte del mundo que tenga una conexión a Internet disponible.

Los Sistemas Operativos Embebidos y de Tiempo Real surgen a finales de 70’s y 80’s.



Los sistemas embebidos se encuentran disponibles a cada momento de nuestra vida. El horno microondas, el auto, el ascensor, el equipo de audio, el avión son controlados por computadoras que normalmente no poseen una pantalla, un teclado o disco rígido, y no responden a lo que comúnmente denominamos PC.

EVOLUCIÓN SISTEMAS OPERATIVOS EMBEBIDOS Y TIEMPO REAL

  • 1981: QMX primer SO de microkernel para PCs, soportado por la PC de IBM.

  • 1982: QMX primer SO para PCs que soportó un disco rígido (5MB Davong).

  • 1983: QMX primer SO para PCs que corre en una 80286 en modo protegido.

  • 1984: QMX uno de los primeros en ofrecer procesamiento distribuido transparente para PCs.

  • 1985: QMX primer SO de tiempo real que corrió en la primera 80386 de Compaq.

  • 1990: QMX primer microkernel de SO de tiempo real certificado por POSIX.

  • 1992: QMX primer SO de tiempo real para trabajar en red con tolerancia a fallos (FLEETTM).

  • 1993: El primer relase de NetBSD (la versión 0.8) vio el mundo el 20 de Abril de 1993.

  • 1994: QMX primer sistema de microkernel con ventanas embebible (el Photon microGUI).

  • 1995: Nació OpenBSD a raíz de la expulsión de Theo de Raadt del grupo de desarrollo de NetBSD.

  • 1996: QMX primer microkernel basado en POSIX para sistemas profundamente embebidos (QNX/Neutrino). 1996: Windows CE 1.0: lanzado comercialmente en este año y su código fuente fue escrito desde cero, Parcialmente compatible con el Windows tradicional pues soporta una parte de la famosa API Win32. Independiente del hardware pues es compatible con las arquitecturas más comunes de 32 bits.

  • 1997: QMX primer buscador de escritorio para la web de sistemas embebidos (Voyager TM).

  • 1997: Windows CE 2.0 Basado en la versión predecesora 1.0 vio la luz en 1997. Se añadió soporte para procesadores Intel y AMD Soporta pantallas con resolución de 24 bits, conexión de red LAN Soporte de tecnología ActiveX Incorpora la máquina virtual java. Soporte parcial MFC (Microsoft Foundatin Classes, una librería de clases en C++ para programación bajo Windows, incluida en MS. Visual C++) Conectividad USB e infrarrojos. Soporte FAT e impresión.

  • 1998: primero en ajustar un OS, GUI, browser, servidor, marcador, TCP/IP, y más dentro de un disco de 1.44M (1.44M Disco de Demostración)

  • 2000: Primero en ofrecer un host y plataforma gráfica para los diseñadores de OS embebidos

  • 2000: WindowsCE 3.0, esta versión salió al mercado en este año con el fin de competir con el sistema operativo de PALM, incorporación de las interrupciones con prioridades, mayor eficiencia en la gestión de threats y en las comunicaciones entre procesos, mayor capacidad de almacenamiento, es la base del sistema operativo PocketPC 2002, que se podía encontrar entonces en algunas PDA y teléfonos.

  • 2002: Windows CE 4.0: Sistema operativo mucho más robusto y eficiente a nivel multiproceso que la anterior versión. Mayor grado de comunicación y sincronización con el sistema Windows tradicional. De él nació en Junio del 2003 la conocida versión Windows Mobile 2003. Prácticamente fue un cambio de nombre y unas aplicaciones añadidas. 2003: Se lanza Microsoft Windows CE .Net 4.0

  • 2004: Microsoft publica a Windows CE .Net 4.2 a principios de año. Se lanza Windows XP Embedded.

  • 2005: Windows CE 5.0: Penúltima versión de este sistema operativo lanzado en Mayo. Mejora del software ofimático y multimedia. Mejoras en el stack bluetooth. De él nació la versión Windows Mobile 5.0 disponible en multitud de teléfonos móviles y PDAs.

  • 2007: Windows CE 6.0: Última versión de este sistema operativo lanzado a principios del año. Un 30% superior en prestaciones a su predecesor Windows CE 5.0. Es posible acceder mediante API a un I/O en un ciclo de 100us. Los mayores cambios se encuentran en el Kernel. La arquitectura del sistema operativo ha sido completamente revisada. Cada proceso es capaz de direccionar 2GB (antes 32Mb). El nº de procesos simultáneos ha aumentado de 32 a 32.000.

HISTORIA DE WINDOWS CE EMBEBIDO

El sistema operativo ce se creó a partir de los sistemas operativos ya existentes de la familia Microsoft como Windows 9x, Windows NT, que sistemas ya creados los cuales se dedicaban a la compatibilidad con las aplicaciones con los Hardware existentes en cual pretendida integrar multitareas. Ya que lo Windows NT quería era convertirse en el sistema operativo predilecto de las empresas. Sin embargo Windows CE pretendía es: proveer un moderno sistema operativo de plataforma cruzada, multihilado y de tamaño pequeño. Esta última característica es la principal diferencia con Windows 95 y Windows NT. Cuando se habla de tamaño, se refiere a la cantidad de memoria y de almacenamiento necesario para albergar al sistema operativo. En un principio cuando se desarrollaba Windows CE se le dio el nombre de pegasus conjuntamente se estaba desarrollando un nuevo dispositivo el cual tendría como sistema operativo el Windows CE, a este dispositivo se le llamo Handheld PC (HPC) o PC de bolsillo. Esta fue una de las primeras plataformas en aceptar el uso de Windows CE


Otro dispositivo conocido es: la Palm-size PC o "PC del porte de la palma" que es más pequeño que el anterior que no tiene teclado sino que se tiene un reconocimiento de un sistema de tacto y un panel de entrada que aparece en la pantalla.


Estos dispositivos cuentan con baterías para obtener poder y duran 20 horas con mucho uso o con poco uso pueden durar una semana, como una regla general se dice que los dispositivos que usan Windows CE tienen baterías con vida más corta. A diferencia de los Windows 9x o NT el sistema operativo Windows CE no necesita ser reiniciado cada vez que el usuario desee utilizarlo, de hecho se pueden configurar las máquinas para que cuando el usuario le haga una entrada al sistema el dispositivo se active.

Estos dispositivos solo venían en una pequeña tarjeta que se inserta en un HPC o en un Palm-size PC.

Tomaremos como ejemplo HPC para mirar cual es el hardware que necesita el cual nos permitirá conocer cómo funciona este sistema operativo. Este dispositivo el cual se le implemento el Windows CE fue uno de los primeros, las tendencias y las tecnologías han cambiado

Un PC de Bolsillo o HPC casi siempre se compone de una pantalla de 480x240 o 640x240 en escala de gris, acompañada de un pequeño teclado. En vez de mouse, el dispositivo tiene un panel de contacto que cubre la pantalla. Todo HPC incluye un puerto serial y un puerto infrarrojo de 115 Kbps. Los sistemas tienen un slot PCMCIA o un slot de mini tarjeta. La configuración de la memoria física es muy interesante en un HPC. Un PC de bolsillo típico tiene 4 MB ó 8 MB de memoria ROM y 2 MB ó 4 MB de RAM. La memoria ROM contiene al sistema operativo y a la suite de aplicaciones de bolsillo que se venden con Windows CE (Word y Excel), a los que se les ha bautizado como Pocket Word y Pocket Excel (Word de Bolsillo y Excel de Bolsillo). Sin embargo, y debido a la naturaleza de la memoria ROM las aplicaciones no pueden sólo ejecutarse en ROM, las aplicaciones no sólo leen de memoria, sino que también escriben. Por lo tanto se puede concluir que en la memoria ROM residen las instrucciones y valores de sólo lectura mientras que algo de RAM debe utilizarse para los valores que las aplicaciones deseen escribir en algún momento. La memoria RAM necesaria para el sistema operativo mismo es de cerca de 500 KB, y las aplicaciones en realidad no ocupan mucho. Por ejemplo una instancia de Pocket Word utiliza solamente 16 K de RAM cuando se carga. La memoria RAM se divide en dos partes, una para la RAM del sistema utilizada por el sistema operativo y las aplicaciones, y la otra parte, denominada almacén de objeto, para el almacenamiento de datos. Los archivos que se guardan en el almacén de objeto, no son guardados tal cual son, sino que son comprimidos en un radio 2:1. Los HPCs no tiene unidades de disco flexibles, ni discos duros, sin embargo se soporta SRAM y Tarjetas de PC Flash ATRA en dispositivos con slots PC Card. Rompiendo con la tradición, los HPC actualmente no utilizan procesadores Intel o compatibles con Intel. En cambio, los HPC actualmente soportan el uso de procesadores RISC: El Hitachi SH3, el NEC VR4101 y el Phillips 3910 (los dos últimos compatibles con el procesador MIPS). Debido a que los procesadores NEC y Phillips utilizan un subconjunto común de las instrucciones MIPS, se puede decir que desde el punto de vista software, solamente se soportan dos CPUs: MIPS y SH3.

Windows CE 1.00 y 1.01 fueron el primer paso en la creación de un sistema operativo Windows cuyo objetivo no era un PC. Si bien, mucha gente piensa que CE significa "Compact Edition", la verdad es que ese nombre puede engañar al programador y al usuario, porque al decir Edición Compacta suena a "subconjunto de Windows", y en realidad Windows CE fue escrito desde cero, a diferencia por ejemplo de Windows 95 que fue escrito basado en Windows 3.x. Como se ha dicho, la primera versión de Windows CE se embarcó con los HPC.


Windows CE Windows CE fue el primer paso en la creación de un sistema operativo cuyo objetivo no era un PC. Mucha personas piensan que CE significa “Compact Edition”, la verdad este nombre puede engañar al programador y al usuario, porque al decir edición compacta suena como una parte pequeña de Windows, pero en realidad Windows CE fue escrito desde cero, a diferencia por ejemplo de Windows 95 que fue escrito basado en Windows 3.x. como se dijo anteriormente la primera versión de Windows CE se embarcó con los HPC.



EVOLUCION DE WINDOWS CE

La evolución de Windows CE el cual se inició muy básicamente fue incrementando a medida que los usuarios fueron necesitando muchas más aplicaciones en sus dispositivos. Conoceremos un poco de la evolución de Windows CE (versiones)



Windows CE 1.0.

Código fuente fue escrito desde cero y fue lanzado comercialmente en el año 1996. Parcialmente compatible con el Windows tradicional pues soporta una parte de la famosa API Win32. Independiente del hardware pues es compatible con las arquitecturas más comunes de de 32 bits.




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