Вбудовані системи та системи реального часу

1::Введение. Основные концепции встроеных систем (вс) и систем реального времени (рв)::07.09.2010

Встроенные системы – это вычислительные системы с тесной интеграцией технических средств и програмного обеспечения, разработанные для выполнения специализированных функций.

Слово встроенные отражает тот факт, что подобные системы обычно являются составной частью еще больших систем, в которые встраивается данная система. Встроенны системы являются подсистемами внутри других систем.

Встроенные системы могут существовать и как независимые системы, не входящие в состав более крупных систем.

Режим реального времени – режим обработки данных, про котором обеспечивается взаимодействие вычислительной системы с внешними по отношению к ней процессами в темпе соизмеримом со скоростью протекания этих процессов.

Следует различать масштаб времени, в котором функционрует модель системы (натуральный или измененный) от режима функционирования самой системы. Модель системы может функционировать в замедленном времени, натуральном времени и в масштабе реального времени.

2::Системы рального времени: некоторые определения, примеры и краткая история::14.09.2010

Существует множество интерпретаций в определении системы РВ. Общим для них является понятие времени отклика (реакции системы), т.е. времени необходимого системе чтобы выдать выходной сигнал связанный с конкретным входным сигналом. Оксфордский словарь по вычислительной технике дает следующее определение системы реального времени.

СРВ – система для которой время выдачи выходного сигнала является существенным.

Поскольку входной сигнал связан с определенными изменениями в окружающем систему реальном физическом мире, то и выходной сигнал должен соответствовать тем изменениям что и входной. Задержка между выходом и входом во времени должна быть достаточно малой для обеспечения своевременности времени отклика системы.

Термин «своевременность» приведен в контексте системы в целом. Например, в ракетной системе наведения выходной сигнал необходимо выдавать с интервалами в несколько мс. Тогда как в управляемой компьютером линии по сборке автомобилей реакция системы может быть даже в пределах одной секунды.

Для иллюстрации других определений термина СРВ дадим еще 2 определения.

Янг (Young) 1982 определяет режим РВ так – любая деятельность по обработке информации либо система где необходима реакция на внешние входные воздействия за конечный и определенный период времени.

В проекте PDCS (1995) дается следующее определение: СРВ – система, которая требует реакции на внешние воздействия в интервалы времени предопределенные внешней, по отношению к системе, среде.

В наиболее общем смысле все эти определения охватывают весьма широкий спектр функций компьютера. Например ОС UNIX может рассматриватся как система реального времени в пользовательском смысле если при вводе команды пользователь получит ответ в течении нескольких секунд. Как правило не страшно, если ответ за это время не поступит. Такого рода системы могут быть отделены от тех, где отсутствие ответа может рассматриватся также плохо как и сам неверный ответ.

В действительности в некоторых случаях именно этот аспект отличает систему реального времени от других, где время отклика является важным, но не имеет решающего значения. Поэтому корректность (правильность) функционирования СРВ зависит не только от логического результата вычислений, но и от времени, для которого эти результаты произведены.

Специалисты практики в сфере разработки вычислительных систем реального времени часто проводят различие между жестким (hard) и мягкими (soft) СРВ.

Жесткие СРВ – те, для которых безусловно требуется, чтобы реакция системы происходила в пределах указанного крайнего срока по времени.

Мягкие СРВ – те, для которых время отклика важно, но система все еще будет функционировать правильно если иногда эти крайние сроки будут превышены.

Мягкие системы сами по себе могут отличатся от интерактивных, в которых нет явных временных крайних сроков. Например система управления полетом боевого самолета является жесткой СРВ, т.к. превышение величины заданого временного интервала (временного цикла, выделеного кванта времени) может привести к катастрофе. Вто время как система збора данных для процессов в управлении является мягкой, т.к. она может быть отнесена к системам с опросом датчиков при заданых интервалах, но так же и допускать перемежающиеся временные задержки.

Многие системы имеют подсистемы реального времени как жесткого так и мягкого типа. Например время отклика на некоторое предупреждающее событие может иметь мягкий интервал 50мс (для оптимально эффективной реакции, и жесткий интервал 200мс (чтобы гарантировать отсутствие ущерба для персонала или оборудования). Эти примеры иллюстрируют лишь использование требования мягкий и не подразумевают единственный вид требования, однако обьединяют ряд различных свойств. Например: иногда верхний предел временного интервала может быть превышен; иногда функция может быть выполнена с опозданием.

Временное интервально ограничение, которое иногда может быть превышено, и для которого не существенно опоздание в своевременном отклике (реакции) наз квази-ограничением (firm).

В некоторых системах реального времени для дополнительных квази-компонентов могут быть установлены вероятностные требования (например: жесткая функция должна производить вывод данных каждые 300мс; по крайней мере в 80% времени этот вывод будет производится квази-компонентой Х, в других случаях будет исп. жесткая, но функционально более простая компонента У.

Главной особенностью во всех выше рассмотренных случаях является роль компьютера в качестве компонентя обработки данных для больших инженерных систем. Именно по этой причине такие функции компьютера известны как встроенные компьютерные системы.

Встроенные системы реального времени распространены настолько широко, что они нашли применение даже в бытовой технике и игрушках. Некоторые примеры применения СРВ приведены в табл2.1.

ТАБЛ.2.1.

Рассмотрим инерциальноую систему измерения параметров пространственного движения самолета. Спецификация ПО устанавливает, что ПО должно получать импульсы акселерометров по осям x,y,z с частотой 10мс от специального оборудования. ПО будет определять в каждом направлении осей ускорение крена...ДОПИСАТЬ.

РИС.2.1.

Рис. 2.1. иллюстрирует эти пространственные движения самолета

ПО будет получать температуру с частотой 1с.

Задача ПО состоит в вычислении истинного вектора скорости в зависимости от положения самолета в пространстве, данных с акселерометров, а также от различных корректирующих факторов (например изменения температуры окружающей среды) с частотой 40мс. Система должна вывести векторы истинных ускорения, скорости, и пространственного положения для их отображения на дисплее каждые 40мс, но с испю различных тактовых генераторов. Эти задачи выполняются для 4 различных частот измерения в инерциальной системе и нуждаются в обмене данными и синхронизации. Показания акселерометра должны быть связанными один с другим либо быть корелированными, т.е. нежелательно смешивать импульс х в момент времени t акселерометра с импульсами z,y в момент времени t+1. Эти вопросы являются очень важными при разработке системы.

ДОПИСАТЬ