Системы реального времени

2015 v.0.1
Контакты
Сидельников Виктор Викторович vvs_home@list.ru
Крестелев Данила Вадимович krestelev@gmail.com
В контакте Группа СРВ,

vk.com/rtsys

Практика («Лабораторные работы»)
QNX – Real-Time OS
http://www.qnx.com/products/evaluation
Othher license keys Academic -> Single user license

Программное обеспечение
QNX® Software Development Platform 6.6.0 – Windows Hosts
QNX SDP 6.6.0 runtime ISO for VMware [or virtual machine]

Литература
Цилюрик О., Горшко Е. Анатомия параллелизма QNX/UNIX
Кертен Р. Введение в QNX Neutrino 2. Руководство для разработчиков приложений реального времени

Any system in which the time at which output is

produced is significant. This is usually because the input corresponds to some movement in the physical world, and the output has to relate to the same movement. The lag from input time to output time must be sufficiently small for acceptable timeliness”
(Oxford Dictionary of Computing)

1. Характеристики систем реального времени

Система Реального Времени: Любая система, в которой момент времени вывода информации имеет важное значение. Обычно такая значимость определяется тем, что источником входной информации являются физические процессы, протекающие во внешней среде, и реакция системы должена соотноситься с теми же процессами. Временная задержка между моментами ввода и вывода должна быть достаточно мала чтобы обеспечить своевременность реакции системы на внешнее воздействие

Пример: Система автоматизации климатических испытаний
Функции системы:
Управление температурой, давлением, влажностью по заданной

программе
Контроль работоспособности испытательного оборудования
Диспетчеризация процесса испытаний

управления температурой
Испытательная
камера
Х
Н

ИНТЕРФЕЙС



ВВОД АНАЛОГОВОЙ
ИНФОРМАЦИИ
ВЫВОД ДИСКРЕТНОЙ
ИНФОРМАЦИИ
ДТ
ДТ
ДТ

t

Требуемое изменение температуры
Реальный процесс
Программа
испытаний
ДТ

вычислительного процесса
Таймер
Задача управления
температурой
1
2
3
4
t
tr

p
.
d
t
Температура

t

1 - измерение;
2 - вычисление_программного_значения;
3 - алгоритм_принятия_решения;
4

- вывод_управляющего_воздействия;

tp

l

вычислительного процесса
tp - время выполнения (execution time, processing time)
tr -

время реакции системы (response time)
d - предельно допустимое время завершения (deadline)
p - период активизации (period)
wcet - время выполнения в наихудшем случае (worst case execution time)
l - задержка выполнения процедуры обработки события (latency)

контроля работоспособности испытательного оборудования










К
ЭД



Испаритель

Компрессор

ИНТЕРФЕЙС



ВВОД ДИСКРЕТНОЙ
ИНФОРМАЦИИ
ВЫВОД ДИСКРЕТНОЙ
ИНФОРМАЦИИ
ДД
Конденсатор

вычислительного процесса
Давление
Задача контроля
работоспособности
tp
l
1
2
t
t
d

Pдоп
ДД

1 - процедура_обработки_события;
2 - алгоритм принятия решения;
3 - вывод_управляющего_воздействия;
3
tr

диспетчеризации
Управление
температурой
Контроль
работоспособности
Оператор

команд
Интерпретация
4
t
tp
dh
ds
t

l
Организация вычислительного процесса
1 - обработка_данных;
2 - вывод (экран, печать);
3 - ввод_команды;
4

- интерпретация_запроса;

3

Многозадачность СРВ
СРВ необходимо одновременно решать несколько задач, обслуживающих процессы

внешней среды

Физические процессы в
испытательной
камере

Изменение температуры

Изменение состояния оборудования

Управление
температурой

Контроль
работоспособности

Диспетчеризация

Прикладные задачи СРВ

Активизация прикладных задач
Таймер

t
p

t
Циклическая задача



Инициативный сигнал

t
t
Спорадическая задача







Два способа диспетчеризации задач:
–

периодическая (циклическая) активизация
- спорадическая (асинхронная) активизация

работоспособности
компрессора
Отображение
информации
Задачи
«не реального
времени»
Прерывание
от таймера
Событие
(ДД)
Возврат
Активизация прикладных задачи (2)
Ввод

команд

Событие
(клавиатура)

Возврат

t2

t1

Возврат

Циклические задачи

Спорадические задачи

Аппаратные модули

ИНТЕРФЕЙС



МОДУЛИ ВВОДА
ДИСКРЕТНОЙ
ИНФОРМАЦИИ
МОДУЛИ ВЫВОДА
ДИСКРЕТНОЙ
ИНФОРМАЦИИ
МОДУЛИ ВВОДА
АНАЛОГОВОЙ
ИНФОРМАЦИИ
МОДУЛИ ВЫВОДА
АНАЛОГОВОЙ
ИНФОРМАЦИИ
МОДУЛИ

ВВОДА
ИНИЦИАТИВНОГО
СИГНАЛА

ИНТЕРФЕЙС

Датчики

Источники
инициативных
сигналов

Исполнительные
механизмы

к времени реакции
Q
ds
t

Q – «Значимость» результатов работы задачи

Контроль работоспособности

Отображение

информации)

Управление температурой

Q

d

t

Ввод команд

d

t

ds

t

Q

Q

A

D

C

B

dh

dh

к времени реакции (2)
Жесткое реальное время (hard real-time) - нарушения

deadline приводит к аварийным (возможно - катастрофическим) последствиям и является недопустимым (B)
Мягкое реальное время (soft real-time) - нарушения deadline допускается (если такое событие происходит «не слишком часто» и deadline превышается на «небольшой промежуток времени» (C)
Твердое реальное емя (firm real-time) - определены два значения deadline, первое из которых – ds (меньшее) - рассматривается как soft real-time ограничение, а второе - dh (большее) – как hard real-time (А, D)

Особенности СРВ
СРВ – программно-аппаратный комплекс, активно взаимодействующий с внешней

средой; временной масштаб процессов обработки информации в СРВ согласуется с временным масштабом процессов, протекающих во внешней среде.

СРВ - многозадачная система; несколько задач выполняются одновременно, обслуживая процессы внешней среды. Различают циклические и спорадические задачи.

Реальное время не означает «быстро», но «своевременно»; каждая задача должна закончится в пределах заданного для нее времени; в этом смысле говорят о «предсказуемости» (predictability) поведения системы

СРВ (2)
4. Характеристики задачи реального времени:
длительность выполнения (execution

time),
период активизации (period),
допустимое время завершения (deadline),
время выполнения в наихудшем случае (worst case execution time),
приоритет (priority),
время реакции (response time),
задержка выполнения процедуры обработки события (latency)

5. Каждая задача реального времени определяется постоянным набором процедур, повторяющихся в течении времени функционирования системы (от единиц до сотен и тысяч часов)

строгости требований на выполнения deadline задачи (системы) относят к классам

«жесткого реального времени» (hard real-time), «мягкого реального времени» (soft real-time) и «твердого реального времени» (firm real-time)

Наряду с задачами реального времени в системе решаются задачи «нереального времени» (non-real-time system), которым (как правило) определяется более низкий приоритет

Повышенные требования к надежности по сравнению с системами «нереального времени»

Примечание:
Рассмотренный пример относится к т.н. классу «встроенных систем»

Особенности СРВ (3)

- задержка при обработке пакета
Jitter
Примечание
IP- пакеты (передача)
IP- пакеты (прием)
(tmax

– tmin )

t

области СРВ

Языки, эмуляторы, SCADA
Монопольные (stand-alone) приложения,
RTOS - приложения
Внешняя

среда

Датчики, исполнительные механизмы, устройства связи с объектом

Средства разработки

Приложение

Средства взаимодействия
с внешней средой

Средства управления задачами,
драйверы, файловый менеджер, сетевой менеджер

Операционная система РВ

Встроенные контроллеры,
управляющие ВМ

Аппаратная платформа