CHRONOS: Compensando Sobrecargas Relacionadas ao Hardware com Suporte Nativo a Múltiplos Temporizadores para Sistemas Operacionais em Tempo Real

A gestão de restrições de tempo em um sistema operacional em tempo real (RTOS) geralmente é realizada através de um contador de ticks global. Este contador atua como a unidade de tempo fundamental para todas as tarefas nos sistemas. Para estabelecer uma conexão entre um tick e uma quantidade de tempo decorrido no mundo real, frequentemente, esse contador de ticks é periodicamente incrementado por um temporizador de hardware. Em um intervalo fixo, esse temporizador gera uma interrupção que incrementa o contador. Em um RTOS, os trabalhos só podem ficar prontos após um tick do temporizador. Isso significa que, durante uma interrupção de tick, o contador de ticks será incrementado, os trabalhos serão liberados e, potencialmente, uma decisão de escalonamento será feita para selecionar um novo trabalho a ser executado. Como esse processo naturalmente utiliza algum tempo de processamento, é benéfico em relação à utilização do sistema minimizar o tempo gasto em interrupções de tick. Em microcontroladores modernos, múltiplos temporizadores de hardware estão frequentemente disponíveis. Para utilizar múltiplos temporizadores para reduzir a sobrecarga causada por interrupções de tick, vários métodos são introduzidos neste artigo. O número de interrupções que são disparadas por esses temporizadores pode então ser reduzido mapeando tarefas para temporizadores de tal maneira que o maior divisor comum (MDC) de todos os períodos das tarefas em um subconjunto seja maximizado, e o MDC é adotado como o intervalo de interrupção do temporizador. Para encontrar um mapeamento ótimo de tarefas para temporizadores, um modelo MIQCP é apresentado que minimiza o número total de interrupções de tick que ocorrem em um sistema, enquanto garante um comportamento correto de liberação de tarefas. Os métodos apresentados são implementados no FreeRTOS e avaliados em um sistema embarcado. A avaliação dos métodos mostra que, em comparação com a implementação básica no FreeRTOS que utiliza um único temporizador com um período fixo, os métodos apresentados podem proporcionar uma redução significativa na sobrecarga de até 10 vezes em pico e até 6 em média.