Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

Кафедра «Автоматизированных информационных и управляющих систем»

В.А. Фатуев, К.М. Щепакин

Системы реального времени

учебное пособие

Тула 2011

УДК 004.383 Ф 276

Фатуев В.А. Системы реального времени: учебное пособие / В.А. Фатуев, К.М. Щепакин. – Тула: Изд-во ТулГУ, 2011 – 121 с.

ISBN 5-7679-0305-0

Пособие ориентировано на студентов, специализирующихся в области проектирования, применения и эксплуатации средств цифровой вычислительной техники в системах сбора и обработки информации.

В пособии рассматриваются вопросы теории и практики проектирования систем реального времени.

Табл. 3 Ил. 9 Библиогр.: 13 назв.

Печатается по решению библиотечно-издательского совета Тульского государственного университета.

Рецензенты: доктор технических наук, профессор А.В. Юдаев.;

доктор технических наук, профессор В.Д. Киселев.

© В.А. Фатуев, К.М. Щепакин, 2011

ISBN 5-7679-0305-0

© Издательство ТулГУ, 2011

Оглавление

Предисловие………………………………………………….………………….5

Глава 1 Виды и стандарты осрв………………………….……………...…7

1. Общие характеристики ОСРВ………………………….……...…..7

2. Технические параметры ОСРВ…………………….……….…..…8

3. Особенности систем реального времени……….…………......10

4. Распределение задач по времени (планирование, выполнение)…………………………………………….….……..…11

2.ОС реального времени……………………………………….…………....13

1. Стандарты ОСРВ……………………………….………………....13

   1. PO SIX…………………………………………….…………...15

   2. DO-178B……....………………………....….…………………18

   3. ARINC-653…………………………………….…………...….19

   4. OSEK………………………………………………….………..19

3. ОСРВ……………………………………………………………………….…21

1. Краткие характеристики различных ОСРВ………………..…21

   1. VxWorks………………………………………………………21

   2. QNX Neutrino RTOS………………………………………...28

   3. RTEMS………………………………………………………..31

   4. ChorusOS…………………………………………………….41

   5. LynxOS………………………………………………………..45

   6. pSOS………………………………………………………….46

   7. Microware OS-9……………………………………………...48

2. Windows NT – ОСРВ?.............................................................50

   1. RTX для Windows NT………………………………………52

   2. INtime………………………………………………………….57

   3. Microsoft Windows Embedded……………………….........58

Глава 2 Аппаратная реализация осрв……………………………………61

1. Аппаратурная среда……………………………………………........61

   1. Типы компьютеров, применяемых в СРВ……………..61

   2. “Обычные” компьютеры…………………………………..61

   3. Промышленные компьютеры……………………………62

1.4 Рабочие станции…………………………………..………..67

1.5 Кросс-системы……………………………………..………..69

2. Устройство связи с объектом…………………………………………….81

3. Методы и средства обработки асинхронных событий……….…..…..86

Глава 3 Многопоточность осрв……………………………………………87

1. Концепция процесса многозадачности……………………………..87

2. Ядро операционной системы реального времени………………..91

Глава 4 Языки программирования и работа с файлами в осрв……103

1. Языки программирования систем реального времени…………104

   1. Ada………………………………………………………………...104

   2. Модула-2………………………………………………………...107

   3. Oz…………………………………………………………………110

2. Асинхронный файловый ввод-вывод……………………………...113

Библиография………………………………………………………………..121

Предисловие.

Системы реального времени часто используются как управляющие устройства для специальных приложений, - например, для научных экспериментов; в медицинских системах, связанных с изображениями; системах управления в промышленности; системах отображения (display); системах управления космическими полетами, АЭС и др. Для таких систем характерно наличие и выполнение четко определенных временных ограничений (время реакции – response time; время наработки на отказ и др.).

Различаются системы реального времени видов hard real-time и soft real-time.

Hard real-time – системы – системы реального времени, в которых при нарушении временных ограничений может возникнуть критическая ошибка (отказ) управляемого ею объекта. Примеры: система управления двигателем автомобиля; система управления кардиостимулятором. В таких системах вторичная память ограничена или отсутствует; данные хранятся в оперативной памяти (RAM) или постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ, ROM). При использовании таких систем возможны конфликты с системами разделения времени, не имеющие места для ОС общего назначения. Выражаясь более простым языком, при работе подобных систем не допускаются прерывания; все необходимые данные для основного цикла работы системы должны предварительно быть загружены в память; процесс, выполняющий код такой системы, не должен подвергаться откачке на диск. ОС для таких систем обычно упрощены, вместо виртуальной памяти выделяется физическая, все другие виды виртуализации ресурсов исключены. Популярной практикой разработки ОС реального времени является практика разработки таких ОС на основе открытых исходных кодов ОС общего назначения путем "отсечения всего лишнего". Однако при этом следует соблюдать осторожность. Автору приходилось консультировать разработчиков системы реального времени для "Эльбруса", которые использовали для своей системы низкоуровневую процедуру выделения физической памяти, но не учли ее возможных конфликтов с общей системой виртуальной памяти ОС Эльбрус; в результате выделяемая память иногда "портилась" … в результате изменения связующей информации в списке областей свободной памяти, который использовался механизмом виртуальной памяти "Эльбруса".

Soft real-time – системы – системы реального времени, в которых нарушение временных ограничений не приводит к отказу управляемого ею объекта. Обычно это системы управления несколькими взаимосвязанными системами с постоянно изменяющейся ситуацией. Пример - система планирования рейсов на коммерческих авиалиниях. В случае какой-либо задержки в работе такой системы, в худшем случае, пассажирам некоторых рейсов придется немного подождать в аэропорту, но никаких фатальных последствий не будет. Подобные системы имеют ограниченную полезность для промышленных систем управления и в роботике. Они также полезны в современных приложениях (например, для мультимедиа и виртуальной реальности), требующих развитых возможностей ОС.