「RTOSについて」

RTOSとはReal Time Operating Systemの略で、リアルタイム性を持ったOSのことです。　リアルタイムOSと呼ばれるものは、応答時間が一定の範囲内であることが保証されているという特徴があります。
RTOSもOSであるため、Windows等のPC用OSと同様にマルチタスク機能（タスクのスケジューリング）、タスク間同期・通信機能、メモリ管理等の機能を有しています。

RTOSの代表的なものとして、ITRON仕様準拠OSがあります。（株式会社MISPOのNortiやルネサステクノロジのHIシリーズ等）
ITRON以外として、Wind River社のVxWORKs、組み込み用Linux、Microsoft社のWindows CE、Windows Embeddedなどがあります。

今回のレポートでは、ITRON仕様準拠OSを例に説明します。

タスクとは、OSがCPU時間を割り当てる単位（実行処理単位）になります。OSは決められたスケジューリング方法に基づいて、タスクの実行を管理（スケジューリング）します。

スケジューリング方法としては、以下の2つがあります。

1. 優先度ベースのプリエンプティブスケジューリング
2. ラウンドロビンスケジューリング

2.1.優先度ベースのプリエンプティブスケジューリング

“プリエンプティブ”とは、CPU時間をOSが管理する方式のことです。
この方式では、OSはタスクに設定された優先度を元に、実行管理を行います。

2.2.ラウンドロビンスケジューリング

この方式では、同優先度のタスクに対して均一にCPU時間を割り当てます。
それだけではシステムとしてリアルタイム性が低くなってしまうため、優先度ベースのプリエンプティブと絡めて実装されます。

マルチタスク環境で1つのシステム（機能）を実現する場合、他タスクの処理を待つことや、排他制御を行う必要が出てきます。
このような場合に、イベントフラグ、セマフォなどの同期オブジェクトが使用されます。

○ イベントフラグ

○ セマフォ

タスク間同期と同様に、システム実現には複数タスク間でのデータ受け渡しや実行指示を行う必要があります。
このような場合にメールボックス、メッセージバッファなどの通信機能が使用されます。

○ メールボックス

○ メッセージバッファ

RTOSを使用したソフトウェア開発では、これらのOS機能を組み合わせることによりソフトウェアに要求される機能を実現することになります。

RTOSは一概に載せたほうがよいというものでもありません。
対象となるシステム（ソフトウェア）により、RTOSあり／なしの選択を行うことになります。

例１　多機能並列実行型ソフトウェア

例２　単機能実行型ソフトウェア

例１とは反対に単一機能のみで、その機能だけを行うようなソフトウェアの場合、以下の状態が想定されます。

例３　時間制約のあるソフトウェア

上記２例とは別に、RTOSを使用できるような構成でもマイクロ秒での処理が必要なソフトウェアではRTOSを使用することで、タスク切り替え時間などのOS処理時間が入りソフト要件を満たせない場合も出てきます。
このような場合はRTOSを使用しない（使用できない）ことになります。

RTOSあり／なしの選択とも関連しますが、RTOSを使用することによるメリット／デメリットは以下のようになります。

メリット

• 大規模ソフトウェアの階層化、構造化、コンポーネント化ができる。
• タスクごとの設計／製造により開発効率アップが期待できる。
• メンテナンス性向上の効果が期待できる。

デメリット

• OSの概念や機能の理解する時間が必要になる。
• マルチタスク動作のため、処理タイミングが見えにくい。（デバッグ効率低下）
• OS起因による問題の場合、原因がわかりにくい。

システム設計段階では、ソフトウェアへの要求、ハード構成、開発規模と上記のメリット／デメリットを考慮してRTOS使用の有無を判断することになります。