Ανάλυση Ηκγ Σε Ενσωματώμενες Εφαρμογές Iot Με Λειτουργικά Πραγματικού Χρόνου (rtos)

Abstract

Ο σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της ανάγκης χρήσης του λειτουργικών συστημάτων πραγματικού χρόνου στις εφαρμογές του διαδικτύου των πραγμάτων (Internet of Things), η μελέτη του λειτουργικού συστήματος πραγματικού χρόνου FreeRTOS, η πειραματική εφαρμογή του στην αναπτυξιακή πλακέτα Digilent Zybo καθώς και η ανάπτυξη εφαρμογής ανάλυσης καρδιογραφήματος ΗΚΓ (ECG) στην αναπτυξιακή πλακέτα Particle Photon.Αρχικά καταγράφονται οι συνθήκες στο περιβάλλον του διαδικτύου των πραγμάτων (Internet of Things, IoT) με ιδιαίτερη αναφορά στις προκλήσεις που ενέχει ο σχεδιασμός ενός ΙοΤ προϊόντος. Έπειτα, αναλύεται το πως η χρήση ενός κατάλληλου λειτουργικού συστήματος πραγματικού χρόνο (Real time Operating System, RTOS) μπορεί να δώσει λύση στην αντιμετώπιση αυτών των προκλήσεων και να περιορίσει σημαντικά το χρόνο ανάπτυξης. Τέλος, παραθέτονται και σχετικά παραδείγματα από την βιβλιογραφία στα οποία έχει μελετηθεί η χρήση RTOS στο ΙοΤ. Στην συνέχεια, γίνεται μια συνοπτική παρουσίαση του FreeRTOS που εκθέτει το πεδίο χρήσης του, τα κυριότερα χαρακτηριστικά του και την θέση που κατέχει στην αγορά σήμερα. Έπειτα αναφέρονται οι βασικότερες έννοιες του με παραδείγματα της προγραμματιστικής διεπαφής που παρέχει. Στη συνέχεια ακολουθεί μια συνοπτική σύγκριση μεταξύ FreeRTOS και Linux που αφορά τα κυριότερα χαρακτηριστικά τους ώστε να γίνει αντιληπτό το πεδίο χρήσης του καθενός λειτουργικού.Μετά την θεωρητική μελέτη του FreeRTOS αναπτύχθηκε μια εφαρμογή επίδειξης σην αναπτυξιακή πλακέτα Digilent Zybo για την παρουσίαση της λειτουργίας του FreeRTOS. Το Ζybo χρησιμοποιεί το Xilinx Zynq-7000 All Programmable SoC και γίνεται περιγραφή τόσο της εγκατάστασης του FreeRTOS όσο και της προετοιμασίας του υλικού που αφορά τον προγραμματισμό του FPGA για την σύνδεση των περιφερειακών.Τέλος παρουσιάζεται η ανάπτυξη της εφαρμογής καταγραφής κι ανάλυσης καρδιογραφήματος ΗΚΓ (ECG) στο Particle Photon. Η εφαρμογή αυτή βασίζεται σε προηγούμενη εργασία [5] του εργαστηρίου και το σημείο αφετηρίας για την ανάπτυξη στο Particle Photon είναι ο έτοιμος κώδικας C ο οποίος όμως προορίζεται για εκτέλεση σε περιβάλλον Linux. Έτσι παρουσιάζονται τα στάδια της μετατροπής του για εκτέλεση στο Photon και στη συνέχεια η προσθήκη της δυνατότητας καταγραφής πραγματικού σήματος καρδιογραφήματος ECG σε πραγματικό χρόνο ως επίσης και η αποστολή του σήματος μαζί με τα αποτελέσματα της ανάλυσης σε οποιοδήποτε σταθμό μέσω διαδικτύου.