RTOS Framework for Real-Time Control System

Abstract

This thesis is done as a complementary part for the active magnet bearing (AMB) control software development project in Lappeenranta University of Technology. The main focus of the thesis is to examine an idea of a real-time operating system (RTOS) framework that operates in a dedicated digital signal processor (DSP) environment. General use real-time operating systems do not necessarily provide sufficient platform for periodic control algorithm utilisation. In addition, application program interfaces found in real-time operating systems are commonly non-existent or provided as chip-support libraries, thus hindering platform independent software development. Hence, two divergent real-time operating systems and additional periodic extension software with the framework design are examined to find solutions for the research problems. The research is discharged by; tracing the selected real-time operating system, formulating requirements for the system, and designing the real-time operating system framework (OSFW). The OSFW is formed by programming the framework and conjoining the outcome with the RTOS and the periodic extension. The system is tested and functionality of the software is evaluated in theoretical context of the Rate Monotonic Scheduling (RMS) theory. The performance of the OSFW and substance of the approach are discussed in contrast to the research theme. The findings of the thesis demonstrates that the forged real-time operating system framework is a viable groundwork solution for periodic control applications.

Tämä diplomityö on tehty Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa, osana digitaali- ja säätötekniikan laboratorion aktiivimagneettilaakerisäätöohjelmiston kehitysprojektia. Työssä tutkitaan reaaliaikakäyttöjärjestelmään liitettävän ohjelmistokehyksen soveltuvuutta ja käytettävyyttä digitaalisessa signaaliprosessorissa. Yleiskäyttöiset reaaliaikakäyttöjärjestelmät eivät välttämättä mahdollista tarkasti jaksollista suoritusta vaativien ohjausalgoritmien käyttöä. Lisäksi ohjelmiston kehitysrajapinnat yleensä puuttuvat tai ne ovat sisällytetty laitteen ohjelmistotukikirjastoihin, mikä vaikeuttaa laiteriippumattomien ohjelmistojen kehitystä. Ratkaisun löytämiseksi tutkitaan kahta erillistä reaaliaikakäyttöjärjestelmää, jaksollisen suorituksen mahdollistavaa ohjelmistoa sekä suunnitellaan ohjelmistokehys vastauksena tutkimusogelmiin. Tutkimus on suoritettu tarkastelemalla valittuja reaaliaikakäyttöjärjestelmiä, muodostamalla järjestelmän suorituskykyvaatimukset sekä suunnittelemalla reaaliaikakäyttöjärjestelmään pohjautuva ohjelmistokehys. Ohjelmistokehys on muodostettu alusta alkaen ohjelmoidusta sovellusrajapinnasta, joka on liitetty yhteen valitun reaaliaikakäyttöjärjestelmän sekä erillisen jaksollisen suorituksen mahdollistavan ohjelmiston kanssa. Ohjelmoitu reaaliaikakäyttöjärjestelmäkehys on koestettu todellisessa laiteympäristössä. Koestuksesta syntyneitä tuloksia on tarkasteltu teoreettisessa viitekehyksessä sekä suhteessa tutkimusteeman kysymyksiin. Tutkimustulokset osoittavat että työn tuloksena aikaansaatu reaaliaikakäyttöjärjestelmäohjelmistokehys sopii pohjaksi jaksollista suoritusta vaativille nopeille ohjaus- ja säätösovelluksille.