Echtzeitbetriebssystemen

Echtzeitbetriebssysteme (RTOS) sind Betriebssysteme, die darauf ausgelegt sind, zeitkritische Aufgaben innerhalb vorher festgelegter Fristen zu verarbeiten. Sie garantieren deterministisches Verhalten, sodass Ereignisse und Signale rechtzeitig erkannt, priorisiert und ausgeführt werden.

Merkmale umfassen Determinismus, maximale Latenzen, prioritätsbasiertes oder deadlines-basiertes Scheduling, geringe Interrupt-Latenzen und niedrigen Overhead. RTOS unterscheiden in der Regel hard real-time, bei dem alle Deadlines eingehalten werden müssen, und soft real-time, bei dem Ausfälle tolerierbar sind.

Architektur: meist präemptives Scheduling, oft mit festen Prioritäten oder dynamischer Terminplanung (Earliest Deadline First). Tasks, Interrupts, Timer und Synchronisation erfolgen über Mechanismen wie Semaphoren, Queues oder Mailboxes. Viele RTOS verzichten zugunsten von deterministischem Verhalten auf umfangreiche Speicherabstraktionen; einige unterstützen MPU- oder MMU-Schutz.

Anwendungsgebiete sind eingebettete Systeme in Automobiltechnik, Luftfahrt, Medizintechnik, Industrieautomation und Consumer Electronics. Typische RTOS-Beispiele sind FreeRTOS, Zephyr, RTEMS, VxWorks und QNX. Open-Source-RTOS bieten geringe Kosten und hohe Anpassbarkeit; kommerzielle RTOS liefern oft umfangreiche Sicherheits- und Zertifizierungsunterstützung.

Im Gegensatz zu General-Purpose-Betriebssystemen konzentrieren sich RTOS auf Vorhersagbarkeit, Reaktionsschnelligkeit und Zuverlässigkeit bei begrenzten Ressourcen. Linux oder Windows können Echtzeit-Erweiterungen bieten, liefern aber in der Regel mehr Overhead und weniger Vorhersagbarkeit.

Für sicherheitskritische Anwendungen gelten Normen wie IEC 61508 oder ISO 26262; Entwicklung erfordert Validierung, Worst-Case-Latenzanalyse und gegebenenfalls Zertifizierung.