1. Основные понятия и определения систем реального времени (СРВ), операционные системы реального времени(ОСРВ).

Cистемой реального времени (СРВ) – назовем аппаратно-программный комплекс, реагирующий в предсказуемые времена на непредсказуемый поток внешних событий.

Это определение означает, что:

• Система должна успеть отреагировать на событиe, произошедшее на объекте, в течение времени, критического для этого события (meet deadline). Величина критического времени для каждого события определяется объектом и самим событием, и, естественно, может быть разной, но время реакции системы должно быть предсказано (вычислено) при создании системы. Отсутствие реакции в предсказанное время считается ошибкой для систем реального времени.

• Система должна успевать реагировать на одновременно происходящие события. Даже если два или больше внешних событий происходят одновременно, система должна успеть среагировать на каждое из них в течение интервалов времени, критического для этих событий.

Назовем операционной системой реального времени такую систему, которая может быть использована для построения систем жесткого реального времени.

Это определение выражает отношение к операционным системам реального времени как к объекту, содержащему необходимые инструменты. Операционная система реального времени служит только инструментом для создания конкретного аппаратно-программного комплекса реального времени. И поэтому наиболее широкий класс пользователей операционных системах реального времени - разработчики комплексов реального времени, люди проектирующие системы управления и сбора данных. Проектируя и разрабатывая конкретную систему реального времени, программист всегда знает точно, какие события могут произойти на объекте, знает критические сроки обслуживания каждого из этих событий.

2. Типы СРВ ( «жесткого времени», «мягкого времени»). Примеры СРВ. Определение и состав СРВ. Датчики, модули ввода-вывода, компьютер с программными средствами.

Различают системы реального времени двух типов - системы жесткого реального времени и системы мягкого реального времени.

Системы жесткого реального времени не допускают никаких задержек реакции системы ни при каких условиях, так как:

• результаты могут оказаться бесполезны в случае опоздания,

• может произойти катастрофа в случае задержки реакции,

• стоимость опоздания может оказаться бесконечно велика.

Примеры систем жесткого реального времени - бортовые системы управления, системы аварийной защиты, регистраторы аварийных событий.

Системы мягкого реального времени характеризуются тем, что задержка реакции не критична, хотя и может привести к увеличению стоимости результатов и снижению производительности системы в целом. Пример - работа сети. Если система не успела обработать очередной принятый пакет, это приведет к таймауту на передающей стороне и повторной посылке (в зависимости от протокола, конечно). Данные при этом не теряются, но производительность сети снижается.

Основное отличие между системами жесткого и мягкого реального времени можно выразить так: система жесткого реального времени никогда не опоздает с реакцией на событие, система мягкого реального времени - не должна опаздывать с реакцией на событие.

Применение операционной системы реального времени всегда связано с аппаратурой, с объектом, с событиями, происходящими на объекте. Система реального времени, как аппаратно-программный комплекс, включает в себя датчики, регистрирующие события на объекте, модули ввода-вывода, преобразующие показания датчиков в цифровой вид, пригодный для обработки этих показаний на компьютере, и, наконец, компьютер с программой, реагирующей на события, происходящие на объекте. Операционная система реального времени ориентирована на обработку внешних событий.

3. Объект, событие, время реакции на событие. Одновременно происходящие события. Информационный процесс.

Применение операционной системы реального времени всегда связано с объектом, с событиями, происходящими на объекте.

Система реального времени (в дальнейшем СРВ) аппаратно-программный комплекс, реагирующий в предсказуемые времена на непредсказуемый поток внешних событий.

1. Система должна успеть отреагировать на событиe, произошедшее на объекте, в течение времени, критического для этого события (meet deadline). Величина критического времени для каждого события определяется объектом и самим событием, и, естественно, может быть разной, но время реакции системы должно быть предсказано (вычислено) при создании системы. Поскольку главным для системы реального времени является ее способность вовремя отреагировать на внешние события, то такой параметр, как время реакции системы является ключевым. Отсутствие реакции в предсказанное время считается ошибкой для систем реального времени.

2. Система должна успевать реагировать на одновременно происходящие события. Даже если два или больше внешних событий происходят одновременно, система должна успеть среагировать на каждое из них в течение интервалов времени, критического для этих событий.

Информационный процесс – процесс взаимодейсвия между объектами, при котором передается информация (в виде сигналов) и в результате формируется модель системы (объекта(ов)).

4. Физические характеристики сигналов. Необходимые и достаточные условия реализации сигнала.

Сигнал – любое сообщение, отображающее информацию взаимодействия объектов.

Сигналы бывают: механические, электрические, световые, звуковые, инфракрасные…

Физические характеристики сигналов:

Т – длительность сигнала (характеризуется тем, что для передачи сигнала, несущего большую информацию, при прочих равных условиях, требуется и большее время)

F – Ширина спектра [Гц](связана с объемом информации, которую несет сигнал. Ширина полосы частот равна разности максимальной и минимальной частотных компонент сигнала: F = Fмакс. – Fмин)

H – Превышение сигнала над помехой [Дб]

V=TFH – Объем сигнала

Характеристики системы, усваивающей сигнал:

Тс – время, предоставляемое системе для усваивания сигнала

Fc – полоса пропускания сигнала

Hc – допустимое превышение сигнала над помехой

Vc = TcFcHc

Необходимое условие усвоения сигнала системой: Vc>V

Достаточные условия усвоения сигнала: Tc>=T, Fc>=F, Hc>=H

При ограниченной мощности сигнала количество сведений, передаваемых системе определяется: I=TFlog₂AP

A – постоянный коэффициент

P=Pc/Pп – отношение мощности сигнала к мощности помехи

Iобщ=TFlog₂A(Pc+Pп)

Iп=TFlog₂APп

Ic=Iобщ-Iп= TFlog₂A(Pc+Pп)- TFlog₂APп=TF(log₂A(Pc+Pп)-log₂APп)= TFlog₂(1+Pс/Pп)

Если не выполняются достаточные условия усвоения сигнала, то за счет преобразования сигнала(кодирования, модуляции, изменения скорости передачи, изменения ширины спектра) всегда можно выделить сигнал.

5. Статические и динамические сигналы.

Статистические сигналы фиксируют устойчивые состояния, положения объекта(в простейшем случае некоторый текст)

Динамические сигналы фиксируют быстрое изменение во времени изменяемых параметров системы.

Непрерывные сигналы – непрерывная функция, изменяющая свое значение при изменениях параметров.

Дискретные сигналы – конечное множество значений, отражающих определенное состояние объекта.

Формализация реальных сигналов:

1. f(t) – непрерывная функция непрерывного аргумента. Определяется для СРВ как мгновенное значение функции в любой момент времени.

2. f(ti) – непрерывная функция дискретного аргумента. Устанавливается шаг квантования t, он задается из спектральных свойств исходного физического процесса (Т. Котельникова).

3. fj(t) – дискретная функция непрерывного аргумента. Дискретизация значения функии осуществляется путем выбора шкалы квантов на оси ф-ии. Шаг квантования определяется требуемой точностью: бывает равномерный или неравномерный, это зависит от спектральных характеристик.

4. fj(ti) – дискретная функция дискретного аргумента (набор точек). Используется для датчиков.

6. Свойства обогащения. Классификация информационных процессов. Теорема Котельникова.

Информационный процесс – это процесс взаимодействия объектов, сопровождаемый фиксацией информации (сигналов) этого взаимодействия. Информационный процесс должен обладать свойством обогащения.

Свойства обогащения:

1.Структурное обогащение, зависит от

-Частотного спектра исследуемого процесса

- Скорости обслуживания источника информации

- От требуемой точности

2 Статистическое обогащение (снижение избыточности)

- функция накопления статистических данных

- функция вычисление статистик

3.Семантическое обогащение (обогащение инфы и устранение противоречивости)

- Минимизация логических форм

- Смена системы счислений и системы высказываний

4.Прагматическое – отбор наиболее ценной инфы, отвечающей целям и задачам пользователя.

Классификация информационных процессов по назначению:

Из курса ИТ: сбор, подготовка, передача, ввод в ЭВМ, обработка, накопление, вывод из ЭВМ, представление, регистрация

Для СРВ: сбор-подготовка-передача-хранение-накопление-обработка-представление

Т. Котельникова: Для систем со стационарными процессами частота дискретизации сигнала должна быть как min в 2 раза выше верхней граничной частоты их спектра.

Если объект управления имеет широкополосный переходный процесс, то с помощью АЦП преобразования в буферной памяти сначала накапливается вся инфа, затем производится ее анализ и регистрация. Причем время tнак+tан+tрег должно быть < времени переходного процесса.