سیستم عامل های بلا درنگ

با توجه به ماهیت عملکرد عناصر سخت افزاری و وجود تنوع در این زمینه ، درایورهای مربوطه نیز دارای روش های متعدد بمنظور انجام وظایف خود می باشند. اکثر درایورها در زمانیکه به خدمات دستگاه مورد نظر نیاز باشد ، استفاده شده و دارای پردازش های یکسانی در زمینه سرویس دهی خواهند بود. سیستم عامل بلاک های با اولویت بالا را به درایورها اختصاص داده تا از این طریق منابع سخت افزاری قادر به آزادسازی سریع بمنظور استفاده  در آینده باشند

یکی از دلایلی که درایورها از سیستم عامل تفکیک شده اند ، ضرورت افزودن عملیات و خواسته ای حدید برای درایورها است . در چنین حالتی ضرورتی بر اصلاح و یا تغییر سیستم عامل نبوده و با اعمال تغییرات لازم در درایورها می توان همچنان از قابلیت های آنها در کنار سیستم عامل موجود استفاده کرد

مدیریت عملیات ورودی و خروجی در کامپیوتر مستلزم استفاده و مدیریت ” صف ها ” وبافرها ” است .  بافر ، مکان های خاصی برای ذخیره سازی اطلاعات بصورت مجموعه ای از بیت ها ی ارسالی توسط دستگاهها ( نظیر صفحه کلید و یا یک پورت سریال ) و نگهداری اطلاعات فوق و ارسال آنها برای پردازنده در زمان مورد نظر و خواسته شده است .  عملیات فوق در مواردیکه چندین پردازنده در وضعیت اجراء بوده و زمان پردازنده را بخود اختصاص داده اند ، بسیار حائز اهمیت است . سیستم عامل با استفاده از یک بافر قادر به دریافت اطلاعات ارسالی توسط دستگاه مورد نظر است . ارسال اطلاعات ذخیره شده برای پردازنده پس از غیر فعال شدن پردازه مربوطه ، متوقف خواهد شد. در صورتیکه مجددا” پردازه به اطلاعات ورودی نیاز داشته باشد ، دستگاه فعال و سیستم عامل دستوراتی را صادر  تا بافر اطلاعات مربوطه را ارسال دارد. فرآیند فوق این امکان را به صفحه کلید یا مودم خواهد داد تا با سرعت مناسب خدمات خود را همچنان ادامه دهند ( ولواینکه پردازنده در آن زمان خاص مشغول باشد). 

مدیریت تمام منابع موجود در یک سیستم کامپیوتری ، یکی از مهمترین و گسترده ترین وظایف یک سیستم عامل است .

 

تعریف سیستمهای Real Time 

سیستم های بی درنگReal Time

یک سیستم بلا درنگ سیستمی است که درآن زمان نقش مهمی را ایفا می کند . نوعاٌ اگر یک یا چند دستگاه فیزیکی را از خارج کامپیوتر  تحریکاتی ایجاد کنند کامپیوتر  باید طی مدت زمانی معین در برابر آنها واکنش مناسب نشان دهد. مثل سیستم مانیتورینگ  بخش آی سی یو  بیمارستان ، سیستم خلبان اتوماتیک هواپیما و سیستم کنترل امن و مطمئن یک نیروگاه اتمی می باشد.{تننباوم ۱۰۶}

سیستمهای بی درنگ معمولاً به عنوان یک کنترل کننده در یک کاربرد خاص استفاده می‌شوند. سیستم در این حالت می‌بایست در زمانی مشخص و معین حتماً جواب مورد نظر را بدهد .سیستمهای کنترل صنعتی, پزشکی , کنترل موشک و غیره از این دسته‌اند

در سیستمهای بی درنگ زمان پاسخ باید سریع و تضمین شده باشد ولی در سیستم اشتراک زمانی مطلوبست که زمان پاسخ سریع باشند (ولی اجباری نیست). درسیستم دسته‌ای هیچ محدودیت زمانی در نظر گرفته نمی‌شود.

در سیستمهای بی درنگ معمولاً وسایل ذخیره سازی ثانویه وجود ندارد و به جای آن از حافظه ‌های ROM استفاده می‌شود. سیستم عاملهای پیشرفته نیز در این سیستمها وجود ندارند چرا که سیستم عامل کاربر را از سخت افزار جدا می‌کند و این جدا سازی باعث عدم قطعیت در زمان پاسخگویی می‌شود.

 

سیستم های بلدرنگ معمولاٌ به دو گروه تقسیم میشوند

          بلادرنگ  سخت ( Hard Real Time )

     بلادرنگ  نرم (Soft Real Time )

سیستمهای بی درنگ با سیتسمهای اشتراک زمانی تناقض دارند لذا نمی‌توانند هر دو توأماً وجود داشته باشند . به دلیل نیاز به پاسخ دهی سریع و تضمین شده سیستم‌های بلادرنگ از حافظه مجازی و اشتراک زمانی استفاده نمی‌کنند به این سیستم‌ها «بی درنگ سخت»(Hard Real Time) نیز گفته می‌شود.

در  سیستم بلادرنگ نرم بعضی مواقع آماده نشدن  پاسخ در مهلت زمانی تعیین شده قابل تحمل است.

در سیستمهای «بی درنگ نرم» یک وظیفه بی درنگ بحرانی, نسبت به سایر وظایف الویت دارد و تا پایان تکمیل شدنش این ارجحیت را دارا خواهد بود . از آنجا که این سیستمها مهلت زمانی(deadline) را پشتیبانی نمی‌کنند استفاده آنها در کنترل صنعتی ریسک آور است . هر چند که این سیستمهای بی درنگ نرم می‌بایست پاسخی سریع داشته باشند ولی مساله پاسخ دهی به حادی سیستمهای بی درنگ سخت نمی‌باشد.

از کاربردهای سیستم بی درنگ نرم می‌توان رزرواسیون شرکتهای هواپیمایی ,چند رسانه‌ای     (multimedia) واقعیت مجازی (Virtual reality) را نام برد. این سیستمها به ویژگی‌های سیستم عاملهای پیشرفته (که توسط بیدرنگ سخت حمایت نمی‌شوند)نیازمندند . بعضی از نسخه‌های UNIX مانند Solaris 2 خاصیت بیدرنگ نرم را دارا می‌باشند

در برخی کاربردها (مثل کنترل صنعتی)در کامپیوترها از سیستم عامل استفاده نمی‌شود. از آنجا که در سیستمهای کنترل صنعتی برنامه می‌بایست در اسرع وقت در مقابل یک اتفاق , از خود عکس العمل نشان دهد , وجود واسطه سیستم عامل باعث کند شدن مراحل می‌گردد.

سیستم عامل های real time معمولا در محلهایی غیر کامپیوتری استفاده می شوند. جاهایی که دقت و سرعت عمل بسیار مهم است . میدانید که سیستم عامل معمولی که چند وظیفه ای یا چند نخی باشد به دلیل الگوریتمهایی که استفاده مینماید تا پردازنده را بین وظایف مختلف تقسیم کند یک سری اولویت در نظر میگیرد مثلا با اتفاق افتادن یه وقفه انجام یک برنامه کاربردی موقتا متوقف میشود و کنترل به سیستم عامل داده میشود تا روتین سرویس اون وقفه را اجرا نماید و بعد دوباره ادامه اون برنامه اجرا میشود. حتما متوجه شده اید بعضی وقتا که در حال کار با برنامه های سنگین هستید گاهی برای یک لحظه برنامه متوقف میشود. در آن لحظه شاید یک برنامه با اولویت بالاتر اجرا شده یا سیستم عامل در حال انجام وظیفه ای است و سهم برنامه فعلی از سیپی یو کمتر میشود و سرعت اجرا کند یا موقتا متوقف میشود

درسیستم های Real Time اصلا چنین اتفاقی نمی افتد. چون ممکن است به یک فاجعه بیانجامد. مثلا نرم افزار کنترل یک راکتور را در نظر بگیرید. اگر زمانی که نیاز است میله های کربنی برای کنترل حرارت جابجا شوند یک باره سیستم ، پردازنده را از این برنامه بگیرد یا سرعت اجراش کند شود قطعا یک انفجار هسته ای رخ میدهد.

 پس این سیستم که حتما باید یک RTOS باشد. باید دائما به صورت فوری اطلاعات رسیده از سنسور ها را دریافت کند و در بازه زمانی از پیش تعیین شده که نباید بیشتر طول بکشد انها را پردازش و دستور انجام یه کاری را به موقع صادر کند. در غیر اینصورت اصطلاحا سیستم شکست میخورد.

در همان مثال راکتور فرض کنید اگه دما ۱۰ درجه گرمتر بشود سیستم باید در عرض مثلا ۱۰ میلی ثانیه تصمیم بگیرد که برای کنترل دما چکار باید کرد. اگر در این مدت پردازش به هر دلیل متوقف شود (وقفه ی دیگر اجرا شود) و سیستم نهایتا ۲۰ میلی ثانیه بعد تصمیم بگیرد آن موقع دیگر شاید سیستمی وجود نداشته باشد. پس در عین حال که سیستم Multi Task  هست باید برای اجرا شدن یک برنامه در زمان محدود وجود داشته باشد.

 

کاربردهای سیستمهای Real Time 

سیستم های سرویس دهنده ویدئویی تحت شبکه Network video Server

ویدئو سرورها سیستم هایی هستند که امکان اتصال انواع دوربینهای آنالوگ به شبکه های کامپیوتری و نیز کنترل آنها و ارسال تصاویر گرفته شده بصورت Real Time را دارند. انواع این سیستم های دارای ورودیهای ویدئویی استاندارد BNC و نیز خروجیهای تصویری بصورت آنالوگ برای اتصال به سیستمهای دیگر می باشند.

سیستم های ویدئو سرور می توانند با استفاده از ورودی ها و خروجی های استاندارد (RS232,RS485,DI/DO,…) با سیستمهای جانبی دیگر مانند: انواع مودمها و روترها، کنترل کننده های حرکتی دوربین ها (PTZ) ، سیستمهای ایمنی و، ارتباط بر قرار نموده و همرا با ضبط تصاویر از طریق انواع شبکه های کابلی و بیسیم (Wire Less) آنها را بصورت همزمان کنترل و وقایع را ثبت نماید.

اساس کار این سیستمها بر پایه پروتکل TCP/IP و بصورت Web Base می باشد. سیستمهای فوق با استفاده از نرم افزار تخصصی خود می تواند مدیریتی کامل را بر سیستم تصویر برداری ، ضبط ، کنترل ، امنیت و … در مدیریت به مدیران و کاربران ارائه دهد.لازم به ذکر است این سیستمهای بصورت External امکان اتصال به تجهیزات جانبی ضبط صدا را نیز دارند.

بطور کلی ویدئو سرورها سیستمهای Stand-alone با امکانات شبکه ای جهت کنترل سیستمهای تصویری هستند

سیستمهای ویدئو سرور میتوانند بصورت تک کانال یا چند کاناله وحتی بصورت USB کار کنند. لازم به ذکر است سیستمهای ویدئو سرور تفاوتهای زیادی با کارتهای Capture تصویری دارند . گرچه هردو یک عملیات را انجام میدهند ولی سیستم های متفاوتی دارند که توضیح خواهیم داد.  

 

دوربین های تحت شبکهNetwork Camera Server

دوربین های تحت شبکه در اصل یک مجموعه کامل از سخت افزارهای مختلف شامل دوربینهای CCD ویدئو سرورIP Base و سیستم کنترل و… می باشند . استفاده از این دوربین ها در طراحی سیستم های نظارت تصویری باعث صرفه جویی در هزینه ها ، زمان اجرا ، کیفیت بهره برداری ، دسترسی آسان و… می شود

قابلیت اصلی این دوربینها ارسال تصاویر و کنترل سیستم به صورت همزمان یا Real Time از طریق خروجی RG45 و شبکه های LAN می باشد این قابلیت باعث شده دسترسی به اطلاعات تصویی از طریق اینترنت یا حتی سیستم های Dial-up به سادگی امکان پذیر بوده و بدون احتیاج به تجهیزات ویدئویی و شبکه ای گران قیمت از طریق PC های معمولی یا PDA ها تصاویر را مشاهده ، ضبط و سیستم را کنترل نمود .

سری های مختلف این دوربین ها قابلیت اتصال چندین دوربین آنالوگ دیگر را با استفاده از ورودی های استاندارد BNC را داشته و می توانند به صورت همزمان تا ۳ دوربین جانبی را پشتیبانی و از طریق شبکه و خروجی استاندارد ویدئویی تصاویر را مشاهده نمود. مشاهده کنترل و ضبط تصاویر نیاز به نرم افزار جانبی نداشته و فقط یک مرورگر اینترنتی استاندارد مانند Internet Explorer یا Netscape ،کافی می باشد.

وجود درگاههای RS232-RS485-DI/DO-IRIS در سریهای مختلف قابلیت سازگاری با سیستمهای کنترلی PTZ و دید در شب و نیز کنترل سیستمهای ایمنی را به ما میدهد. با استفاده از ویژگی خاص این دوربینها امکان تعریف سیستم هوشمند شناسایی تصویر و ارسال پیام می باشد . این سیستم میتواند با شناسایی حرکت در تصویر یا قسمتهای خاصی از تصویر گرفته شده توسط دوربین آن را شناسایی کرده و به روشهای مختلف آشکار سازی نماید. سیستم امکان ذخیره تصاویر از ۱۵ ثانیه قبل از وقوع اتفاق با توجه به حافظه بافر موجود در دوربینها را دارد. کنترل سیستمهای ایمنی بطور همزمان ( آژیر خطر ، کنترل درب ها ، ارسال E-mail یا SMS و …) با ضبط تصاویر امکان پذیر خواهد بود.

 

سیستم های ضبط تصویر شبکه ای NVR (Network Video Recorder) Server

در ادامه بحث قبلی از دستگاههایی که معمولا همراه Video Server ها مورد استفاده قرار می گیرند سیستم های ضبط تصاویر هستند. این سیستم ها داای تنوع زیاد و قابلیتهای مختلفی میتوانند باشد . نوع قدیمی این سیستم ها که مثل ویدئو های قدیمی عمل میکردند و آنالوگ بود که با عنوان سیستمهای VCR (VIDEO CASSETTE RECORDER) و TLC(Time Lapse Recording ) معروف بودن که امروزه با گسترش سیستمهای دیجیتال دستگاههای Stand Alone یا PC Base که تصاویر را بصورت آنالوگ دریافت نموده و بصوت دیجیتال ذخیره می کنند بسیار مرسوم شده اند.  

این سیستم ها را DVR(Digital Video Recorder) می گویند . لازم به ذکر است این سیستمها دارای کانالهای مختلف ۴-۶-۸-۱۶-۳۲و … هستند. سیستمهای DVR انقلاب جدیدی در تکنولوژی سیستمهای ضبط تصاویر بصورت آنالوگ ایجاد نموده اند بطوریکه در این سیستم ها کیفیت و شفافیت ذخیره سازی ، سرعت عمل در بازیابی تصاویر، حجم زیاد ، مدت طولانی و قابل برنامه ریزی ذخیره سازی ، … به وجود آمده است این در حالیست که محصولات جدید گام را فراتر گذاشته و سیستمهایی بر گرفته از تکنولوژی DVR و Networking را تولید کرده است که انواع NVR ها را شامل می شود. این محصولات با حذف کردن تجهیزات ویدئویی جانبی و با استفاده از شبکه های کامپیوتری سرعت و کیفیت انجام عملیات ذخیره سازی بازیابی و از همه مهمتر تعریف سطوح دسترسی به اطلاعات را در اختیار مدیران قرار داده است

یکی از مزایای مهم سیستم های NVR را میتوان Stand-alone بودن این سیستم ها به معنی بی نیاز به سیستم جانبی کامپیوتری و PC Server ها بر شمرد که باعث پایداری (Stable) سیستم و تضمین انجام وظایف در طولانی مدت میگردد.

 

سیستم توزیع فایلهای MPEG تحت شبکه

پیش درآمد

 سیستم دوربین دیجیتالی به منظور ارایه در لحظه (Real-time) جریان ویدیویی از طریق شبکه های محلی، شبکه جهانی اینترنت و سایر شبکه های کامپیوتری پیشرفت کرد. این سیستم در برگیرنده موارد زیر است:

          TCP/IP 

           دوربینهای فرمانبرداریکه می توانند بصورت مستقیم به شبکه وصل شوند

           نرم افزارهای کاربردی نمونه برای سمت (PC-Side). 

           برنامه های کاربردی دقیق API (Application Programming Interface ). 

           و محیطی که مشتریها را قادر می سازد که به میل خویش برنامه را تغییر دهند (customize).

       برنامه کاربردی اجازه می دهد تا هر یک از تصاویر به دست آمده از دوربینها به دلخواه به نمایش در آیند. کنترلهای گسترش یافته شامل سویچینگ بین دوربینها، سیستمهای کنترلی دوربینها ( مثل حرکت افقی دوربینها، کج کردن و بزرگنمایی )، و کنترل حجم اطلاعاتی ویدئویی مورد ارسال می توانند موثر واقع شوند.

علاقه مراکز جرم و جنایت، سوپرمارکتها و سایر مراکز تجاری به نصب سیستمهای اعلام خطر، میزان نیاز روزافزون به سیستمهای مونیتورینگ را نشان می دهد. در کنار دل بستن به شرایط دلخواه اقتصادی، آمریکا شاهد شکوفایی ساختاری در هتلهای لوکس و گرایش واضح و صریح کازینوها در به تصویر کشیدن ویدیویی تا تصاویر معمولی بوسیله دوربینهای گنبدی شکل وجود دارد

با کمک تکنولوژی، بازار این دوربینها سالانه بین ۱۰ تا ۲۰ درصد در حال رشد است. شرکت هیتاچی در حال تهیه دوربینهای قابل بزرگنمایی گنبدی بر روی یک بستر ( OEM : Original Equipment Mann fact user ) است و در حال حاضر سهم ۶۰ درصدی از بازار را به خود اختصاص داده است. دو بخش از بازرا بطور اخص، پتانسیل ویژه ای برای رشد سریع در سالهای آینده دارند

۱٫       مونیتورینگ از راه دور 

۲٫       مونیتورینگ از خارج (outdoor monitoring ) 

بطور خاص، مونیتورینگ کنترل از راه دور دیجیتال پتانسیل فوق العاده ای برای محقق کردن نسبتا ارزان سیستمهای مونیتورینگ روی شبکه های محلی توسعه یافته و شبکه جهانی اینترنت دارد.  

 

نگاه کلی بر سیستمهای دوربین شبکه ای.

 سیستم دوربین تحت شبکه های گسترده و اینترنت، آن هم بصورت Real-time خدمت بزرگی به دنیای کامپیوتر ارزانی داشته است. با مشخص کردن آدرس هر دوربین، تصویر بدست آمده توسط آن دوربین می تواند روی سیستم کامپیوتر به نمایش درآید. کنترلهای گسترش یافته شامل سویچینگ بین دوربینها، سیستمهای کنترلی دوربینها ( مثل حرکت افقی دوربینها، کج کردن و بزرگنمایی )، و کنترل حجم اطلاعاتی ویدئویی مورد ارسال می توانند موثر واقع شوند.

 

 

 

مثالی از برنامه نرم افزاری.

     صفحه نمایش به کاربر امکان می دهد تا تصویر تهیه شده توسط یک دوربین خاص را با کنترل حرکات دوربین و کنترل میزان تغییر حجم تبادل اطلاعات مشاهده نماید. برای تغذیه نیاز این بازار در حال رشد، هیتاچی سیستم دوربین تحت شبکه را عرضه نموده که در شکل ۱ توصیف شده. این تصویر دوربینهای MPEG، انکودر MPEG سازگار با TCP/IP، برنامه کاربردی سیستم و API مربوطه را نمایش می دهد. شکل ۲ صفحه نمایش سیستم را در یک برداشت از یک برنامه نرم افزاری پیش رفته را که به کاربر امکان انتخاب و کنترل حرکات هر دوربین و همچنین مقدار حجم اطلاعات مورد نظر جهت تبادل در واحد زمان می دهد را نمایش می دهد

 

دیدگاه‌تان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *