Експериментальне дослідження реактивності операційної системи FreeRTOS в режимах енергозбереження мікроконтролера бортового обчислювача

Abstract

Бортовий обчислювач – це спеціалізована комп'ютерна система, що інтегрована в транспортний засіб, або в загальному випадку в інший складний технічний пристрій, який потребує автономного керування і високої надійності. Об’єкт дослідження – реактивність операційної системи FreeRTOS в режимах енергозбереження мікроконтролера бортового обчислювача. Предметом дослідження є методи, інструменти та технологія експериментального дослідження реактивності операційної системи FreeRTOS. Мета роботи – розробити технологію проведення експериментальних досліджень показни-ків реактивності та енергоспоживання обчислювальної платформи. Завдання: виконати аналіз систем реального часу та типових алгоритмів планування; зробити огляд існуючих методів оцінки продуктивності та енергетичної ефективності мікроконтролерів бортових обчислювачів; виконати планування експерименту для дослідження показників реактивності та енергоспоживання обчислювальної платформи; за результатами експерименту виконати аналіз авторської платформи за вказаними критеріями. Висновки. В роботі надано експериментальну оцінку реактивності та енергоспоживання обчислювальної платформи «Боривітер» розробленої авторами. Платформа реалізована на мікропроцесорі архітектури ARM Cortex-M7 - ATSAMV71 та працює під операційною системою реального часу з відкритим кодом – FreeRTOS. Проведені досліди підтверджують, що розроблена мікроконтролерна платформа є ефективною та надає можливість побудови керуючих систем з прогнозованою реактивністю та з прийнятними енергетичними витратами. Платформа може бути адаптована для завдань з шви-дко-змінюваним обчислювальним контекстом в умовах дії зовнішніх чинників. Недоліком роботи є відсутність перевірки розробленої технології експериментальних досліджень для режимів режими Sleep, Wait та Backup мікропроцесора ATSAMV71.

An onboard computer is a specialized computer system integrated into a vehicle or, in general, another complex technical device that requires autonomous control and high reliability. The objective of this research is to investigate the reactivity of the FreeRTOS operating system in the energy-saving mode of an onboard computer microcontroller. The subject of this research are the methods, tools, and technologies used in the experimental study of the reactivity of the FreeRTOS operating system. The aim of this work is to develop a technology for conducting experimental studies on the reactivity and power consumption of computing platforms. Tasks: to analyze real-time systems and typical scheduling algorithms; to review existing methods for evaluating the performance and energy efficiency of microcontrollers of on-board computers; to plan an experiment to study the reactivity and energy consumption of the computing platform; based on the results of the experiment, to analyze the author's platform according to the specified criteria. Conclusions. This paper presents an experimental assessment of the reactivity and power consumption of the “Falco/Boryviter” computing platform developed by the authors. The proposed platform was implemented on the Cortex-M7 - ATSAMV71 microprocessor and runs on the open-source real-time operating system FreeRTOS. The experimental results confirmed that the developed microcontroller platform is effective and makes it possible to build control systems with predictable reactivity and acceptable energy costs. The proposed platform can be adapted for tasks with a rapidly changing computational context under the influence of external factors. The disadvantage of this work is the lack of verification of the developed technology through experimental studies for the Sleep, Wait, and Backup modes of the ATSAMV71 microprocessor.