Тема 1_СРВ. Системы реального времени
 Скачать 490.28 Kb.
|
|
1 Системы реального времени 11 Введение в курс. Общие понятия и определения • Понятие и характеристики систем реального времени; • Области применения RTS; Эволюция; • Классификации RTS; • Состав, структура RTS; 12 Определение систем реального времени 13 Определение философское Аппаратно-программный комплекс, реагирующий в предсказуемые времена на непредсказуемый поток внешних событий. Мартин Тиммерман (Martin Timmerman) 14 Определение Употребительное Система называется системой реального времени, если правильность ее функционирования зависит не только от логической корректности вычислений, но и от времени за которое эти вычисления производятся. Система, в которой успешность работы любой программы зависит не только от ее логической правильности, но и от времени за которое она получила результат. Для событий, происходящих в такой системе, то когда эти события происходят, также важно, как логическая корректность событий. 16 Определение стандарта POSIX Система реального времени - система, которая способна обеспечить требуемый уровень сервиса в заданный промежуток времени. Стандарт POSIX 1003.1 17 Определение реального времени (real time) Время, в течение которого протекает процесс. 18 Реальное время – время, в течение которого протекает процесс. Реальным временем характеризуют такую реакцию объекта на входные сигналы (/данные), при которой он успевает достаточно быстро выработать выходные сигналы (/данные). Относится к системе или режиму работы, в котором вычисления проводятся в течение времени, определяемого внешним процессом, с целью управления или мониторинга внешнего процесса по результатам этих вычислений. (программное обеспечение: IEEE 610.12 – 1990) 19 Определение систем реального времени RTS - система, в которой процесс обработки данных происходит настолько быстро, что ее промежуточные результаты могут быть использованы в управлении этим процессом. Система работает в реальном времени, если ее быстродействие адекватно скорости протекания физических процессов* на объектах контроля и управления. *процессы, непосредственно связанные с функциями, выполняемые даннной системой реального времени. 20 Понятие реального времени в приложениях Процесс цифровой обработки сигнала называют идущим в “реальном времени”, если анализ (при вводе) и/или генерация (при выводе) данных может быть проведена за то же время, что и анализ и/или генерация тех же данных без цифровой обработки сигнала. 21 Понятие реального времени при цифровой обработке аудио данных Анализ 2 секунд звука: 2.01секунды – не процесс реального времени 1.99 секунды – процесс реального времени 22 Определение систем реального времени Из приведенных определений следует, что СРВ призваны решать задачи, в которых важны не только правильность решения, но и сроки, в которые эти решения принимаются. В зарубежной литературе срок, в пределах которого должно быть принято решение называется deadline, (критический срок обслуживания). 23 Определение систем реального времени Общее в них – гарантированная обработка событий за время, критическое для этого события (Deadline). Время для каждого события определяется объектом и событием. Время реакции системы должно быть вычислено (предсказано) при создании системы. 24 Главное требование к RTS ! системы должны выполнять свои операции вовремя ! Как обеспечить выполнение требования? 25 главное свойство RTS предсказуемость (детерминированность) Только благодаря этому свойству разработчик может гарантировать функциональность и корректность спроектированной системы. 26 Система реального времени – это не ”быстрая система” При этом собственно скорость реакции системы важна только относительно скорости протекания внешних процессов, за которыми RTS должна следить, или которыми должна управлять. Главное, чтобы время было достаточно для данного приложения и гарантированно. 27 “Интерактивные системы с достаточным временем готовности” ( из рекламных буклетов ) не являются системами реального времени 28 Типичные времена реакции на внешние события в RTS • Математическое моделирование – несколько микросекунд • Радиолокация – несколько миллисекунд • Складской учет – несколько секунд • Торговые операции – несколько минут • Управление производсвом – несколькоминут • Химические реакции – несколько часов 29 Основные области применения RTS • Военная и космическая области • Промышленность • Товары широкого потребления 30 Военная и космическая области • Бортовое и встраиваемое оборудование; • Системы измерения и управления; • Радары; • Цифровые видеосистемы; • Cимуляторы; • Ракеты; • Системы определения положения и привязки к местности. 31 Промышленность • Автоматические системы управления производством (АСУП); • Автоматические системы управления технологическим процессом (АСУТП); 32 Промышленность • Автомобилестроение: системы управления мотором, системы антиблокировки колес, автоматическое сцепление, симуляторы... • Энергетика: сбор информации, управление данными и оборудованием... • Телекоммуникации: коммуникационное оборудование, сетевые коммутаторы, телефонные станции... • Банковское оборудование: (банкоматы – ОСРВ QNX) 33 Товары широкого потребления • Мобильные телефоны; (GSM – ОСРВ pSOS) • Цифровое телевидение; • Компьютерное и офисное оборудование (факсы – ОСРВ VxWorks), (CDROM– ОСРВ VRTX32). 34 Примеры RTS • Система управления автопилотом самолета; • Система сбора данных с приборов на метеостанции; • Система наблюдения за больным в палате интенсивной терапии. 35 Примеры RTS. Мультимедиа Мультимедийные приложения обеспечивают синхронную и своевременную доставку аудио и видео данных от источника к точке их непосредственного воспроизведения. 37 Характеристики RTS 38 Характеристики RTS • Большие, сложные и дорогостоящие системы; • Распределенные системы; • Жесткое взаимодействие с аппаратурой; • Выполнение задач зависит от времени; • Сложны в тестировании. 39 Основные требования к RTS • Требование по времени - гарантировать время выполнения задач, т.е. при выполнении любого набора задач, все задачи останутся внутри своих временных границ. • Предсказуемость Гарантировать время выполнения - это значит, что система должна быть предсказуемой (predictable). 40 Основные требования к RTS • Поддержка параллельного выполнения нескольких задач; • Важно максимальное время отклика на событие, а не среднее; • Особые требования в вопросах безопасности; • Возможность безотказной работы в течение длительного периода времени. 41 Классификация RTS • Системы жесткого реального времени (hard real time system, HRTS), • Cистемы мягкого реального времени (soft real time system, SRTS). 42 Системы жесткого реального времени - HRTS Предъявляемые временные характеристики обработки событий должны удовлетворяться обязательно и очень строго. Не допускается никаких задержек реакции системы, так как: • Может произойти катастрофа в случае задержки реакции; • Результаты могут оказаться бесполезны в случае опоздания; • Стоимость опоздания может оказаться бесконечно велика. 43 Примеры HRTS • Бортовые системы управления, • Системы аварийной защиты, • Регистраторы аварийных событий, • Системы безопасности, контроля и управления, • Системы оцифровки звука/изображения... 44 Системы мягкого реального времени - SRTS Отступление от заданных временных параметров не приводит к нарушению работы системы. Задержка реакции не критична, хотя и может привести к увеличению стоимости результатов и снижению производительности системы в целом. 45 Системы мягкого реального времени - SRTS П ризнаки: – за опоздание результатов приходится платить; – приемлемо снижение производительности системы, вызванное запаздыванием реакций. 46 Примеры SRTS • Интерактивные системы, ( время реакции на действия пользователя должно быть если не нормированным, то хотя бы предсказуемым и стабильным). • Работа с пакетами в сети, • Автомат розничной торговли, Обработка данных с метеостанций. 47 Отличие HRTS от SRTS HRTS – никогда не опоздает с реакцией на событие. SRTS – не должна опоздывать с реакцией на событие. 48 HRTS & SRTS RTS в большинстве случаев решают комбинацию задач жесткого и мягкого реального времени, а также задач, не имеющих критического срока обслуживания. Задача может переходить из статуса мягкого реального времени при пропуске некоторого срока обслуживания в статус задачи жесткого реального времени назначением критического срока обслуживания 49 Классификация RTS • Универсальные, • Специализированные. 50 Классификация RTS по природе задач • Статическая, • Динамическая. 51 Классификация RTS по природе задач • Функционирование статической (периодической) системы прогнозируемо и может быть определено на этапе проектирования. • В динамической системе запросы поступают нерегулярно и непредсказуемо. Система должна динамически отвечать на них с гарантированной скоростью. 52 Классификации RTS. Примеры статических RTS Автоматические системы управления производством (АСУП), Автоматические системы управления технологическим процессом (АСУТП). Основные задачи: – мониторинг (сбор данных), – управление (регулярная подача управляющих команд). 53 Автоматические системы управления технологическим процессом (АСУТП) 54 Типы RTS по направлению потока данных • Однонаправленные, • Двунаправленные – Стабильные, – Потенциально нестабильные. 55 Типы RTS по направлению потока данных Однонаправленные – системы, в которых поток данных имеет только одно направление. Внешнее устройство ПК Внешнее устройство ПК системы сбора, генерации данных. 56 Типы RTS по направлению потока данных Двунаправленные – системы, которые осуществляют одновременный ввод-вывод данных. Внешнее устройство ПК Система стабильна – временная задержка управляющего воздействия не приводит к разрушению системы. Система потенциально нестабильна – задержка реакции системы нарушит ее работоспособность. 57 Структура RTS 1. Контролирующая подсистема 2. Контролируемая подсистема 3. ОС реального времени 1 2 3 58 Компоненты RTS Прикладное программное обеспечение Потоки Диспетчеризация Меж–потоковое взаимодействие Операционная система реального времени API Обработка прерывания Защита от инверсии приоритетов Управление потоками I/O Управление памятью Аппаратное обеспечение CPU Кэш Устройства 59 ИТОГИ: рассмотрены понятия систем реального времени, перечислены области их применения, приведены классификации, характеристики, особенности состава. 14 Рис. 1.1. Пример распределенной системы управления технологическим процессом Управляемый процесс Центр управления Сеть Операции мониторинга Операции управления Сетевой интерфейс Интерфейс Интерфейс Датчик Исполнительный механизм Сеть 60 |