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Nel mondo dell’elettronica industriale il tempo non è una variabile secondaria, ma un requisito progettuale. In molti contesti produttivi, infatti, la correttezza di un’operazione non dipende solo da “cosa” viene eseguito, ma soprattutto dal “momento” in cui si procede.

È in questo scenario che entrano in gioco i Real time operating system (Rtos), sistemi operativi progettati per garantire delle risposte esaustive all’interno di finestre temporali ben definite e in tempo reale. Un Rtos che opera a stretto contatto con il circuito stampato e con il firmware è utile per organizzare i processi e le risorse hardware in modo prevedibile e controllato. Ciò è possibile perché si ha la certezza del tempo di risposta, persino in condizioni critiche.

Comprendere come un Rtos interagisca con il PCB e con i microcontrollori è quindi fondamentale per progettare dispositivi affidabili, sicuri e adatti a contesti di IA e IoT. Lo sa bene un’azienda come VT100 (sito VT100.srl), specializzata nella progettazione elettronica, in particolare quella su misura: una delle realtà d’eccellenza dell’elettronica nel Made in Italy, attiva in tutto il mondo. Il suo servizio di consulenza per firmware embedded interessa anche gli Rtos, secondo standard rigorosi e certificati, componenti che appaiono sempre più centrali nelle scelte progettuali delle aziende.

Cos’è un Real Time Operating System? 5 cose da sapere

Un Real Time Operating System, in italiano Sistema operativo in tempo reale, risponde a esigenze progettuali precise, soprattutto in ambito industriale. Per comprenderne davvero il ruolo, è utile chiarire alcuni aspetti fondamentali che lo caratterizzano:

1. Il tempo come variabile determinante. In un Rtos la correttezza di un’operazione dipende dal rispetto di una scadenza temporale. Il risultato conta solo se arriva entro il tempo stabilito.
2. Comportamento deterministico. A differenza dei sistemi general purpose come Linux e Windows, un Rtos garantisce tempi di risposta prevedibili, anche in presenza di più processi concorrenti.
3. Gestione efficace delle priorità. I task vengono eseguiti in base a livelli di priorità ben definiti, assicurando che le operazioni critiche vengano sempre gestite per prime.
4. Operatività sinergica di hardware e firmware. Un Rtos lavora a diretto contatto con il circuito stampato e i microcontrollori, ottimizzando l’uso delle risorse hardware disponibili.
5. Affidabilità in contesti critici. È per questo che viene adottato in applicazioni dove errore o ritardo non sono ammessi, quali automazione industriale, IoT avanzato, sistemi di controllo e sicurezza.

Questi elementi rendono i Sistemi operativi in tempo reale una scelta progettuale che denota diversi benefici per le aziende, insieme a una molteplicità di applicazioni.

Alcune note di innovazione tecnologica sull’evoluzione e le applicazioni degli Rtos

L’introduzione degli Rtos non è recentissima: risale agli anni Sessanta e Settanta del Novecento, nell’ottica di porre freno alla “rigidità” dei sistemi di stampo tradizionale. In tale periodo, specialmente in ambito industriale, aerospaziale e militare, è stata recepita la necessità di disporre di applicazioni capaci di rispondere efficacemente nel tempo, in particolare nella definizione delle priorità e nella risposta alle fasi di interruzione.

Negli anni Ottanta e Novanta gli Rtos hanno dato luogo a un’applicazione prevalentemente commerciale. Sono stati adoperati in ambiti quali automotive, telecomunicazioni e firmware embedded. Questo alla luce di una maggiore standardizzazione.E oggi? Il trend di riferimento è la progettazione su misura e, di pari passo, un’adattabilità effettivamente in tempo reale, con una risposta spesso immediata e tempestiva.

Gli Rtos odierni mantengono le applicazioni del passato, ottimizzandole. Li troviamo nel settore medicale come nei sistemi di controllo del comparto industriale, dove sono spesso connessi alle infrastrutture critiche. Ma sono anche sviluppati nel segno dell’IA, incorporando i moderni modelli di machine learning. Si trovano infatti a gestire sistemi complessi, adattivi ma soprattutto dinamici.

Rtos hard vs Rtos soft: cosa c’è da sapere

Alla luce di quanto detto fino a questo momento è necessario distinguere i Real Time Operating System in due categorie principali, a seconda del tipo di risposta fornita e dello scenario in cui operano. Vediamole insieme.

Rtos hard

Nei sistemi di tipo hard il risultato è legato a un comportamento prevedibile e di stampo deterministico. La risposta avviene entro un quadro di tempo predefinito, nell’ottica in particolare di prevenire guasti e imprevisti. Si tratta di sistemi che necessitano di una progettazione ad alta complessità: ecco perché è importante che risulti personalizzata.

Alcuni esempi di Rtos hard:

• automotive: telecamera integrata all’interno di un veicolo a guida autonoma, ad esempio un bus. L’adozione di un Rtos hard evita che vi siano degli scontri con delle persone di passaggio;
• medicale: braccio robotico in chirurgia. L’Rtos hard assicura il rispetto di tempistiche le quali, diversamente, potrebbero causare dei danni al paziente.

Rtos soft

Questi sistemi operano in tempo reale con maggiore flessibilità. A fare da spartiacque nella loro adozione è quindi proprio la tempestività, che non è la priorità. Si tratta di sistemi meno complessi da implementare, più economici di quelli hard, per i quali è comunque consigliabile una progettazione su misura.

Alcuni esempi di Rtos soft:

• oggetti smart dell’IoT dove i rischi sono tollerabili rispetto alla tempestività della risposta;
• settore bancario: ritiro del bancomat. Se l’utente dimentica la carta, non è essenziale che il sistema risponda tempestivamente.

Il legame tra Rtos e circuito stampato a livello progettuale

Il legame tra RTOS e circuito stampato si gioca in maniera determinante nella fase progettuale. In questo step vengono decisi la scelta dell’architettura hardware, dei microcontrollori e delle risorse: fattori che incidono direttamente sulle prestazioni del sistema operativo in tempo reale. Solo una progettazione coerente tra PCB, firmware e RTOS consente di ottenere gli standard di alto livello attesi in ambito operativo, in termini di stabilità e affidabilità nel tempo. È qui che l’elettronica diventa davvero strategica.