СРВ_1.1_Характеристики_СРВ

1.

1. Определения
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 должна соотноситься с теми
же процессами. Временная задержка между моментами ввода и вывода должна
быть достаточно мала чтобы обеспечить своевременность реакции системы на
внешнее воздействие. (Oxford Dictionary of Computing)
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. То есть для событий,
происходящих в такой системе, то, КОГДА эти события происходят, так же важно,
как логическая корректность самих событий.
Реальное время (программное обеспечение) (IEEE 610.12 – 1990): 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. (Е. Горошко
Операционные системы реального времени)
Системы реального времени – это системы, которые предсказуемо (в смысле
времени реакции) реагируют на не предсказуемые (по времени появления)
внешние события. (Мартин Тиммерман)
1. Характеристики систем реального времени.
2020 v.0.1
1

2. 2. Пример (встроенные системы): Система автоматизации климатических испытаний

Задачи, выполняемые системой:
• Управление температурой, давлением, влажностью по
заданной программе
• Контроль работоспособности испытательного
оборудования
• Диспетчеризация процесса испытаний
1. . Характеристики систем реального времени.
2018 v.0.1
2

3. Задача управления температурой

Испытательная
камера
Н
Х
ДТ
ДТ
Т
Программа
испытаний
ИНТЕРФЕЙС
ДТ
ВЫВОД ДИСКРЕТНОЙ
ИНФОРМАЦИИ
ДТ
ВВОД АНАЛОГОВОЙ
ИНФОРМАЦИИ
Задача управления температурой
Требуемое изменение температуры
Реальный процесс
t
1 . Характеристики систем реального времени.
2018 v.0.1
3

4. Активизация функций (периодическая)

Функции : • 1 – измерение;
• 2 - вычисление_программного_значения;
• 3 - алгоритм_принятия_решения;
• 4 - вывод_управляющего_воздействия;
Температура
t
Таймер
Задача управления
температурой
t
.
1 2
3
4
1 2
3
4
t
tp
tr
l
d
p
1. Характеристики систем реального времени.
2018 v.0.2
4

5. Характеристики

• 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)
• Jitter - отклонение («дрожание») момента активизации
(lmax – lmin )
1. . Характеристики систем реального времени.
2018 v.0.1
5

6.

Задача контроля работоспособности
испытательного оборудования
Испаритель
Конденсатор
К
ЭД
1. . Характеристики систем реального времени.
ИНТЕРФЕЙС
ВВОД ДИСКРЕТНОЙ
ИНФОРМАЦИИ
ДД
ВЫВОД ДИСКРЕТНОЙ
ИНФОРМАЦИИ
Компрессор
2015 v.0.1
6

7. Задача в СРВ

Задача - абстракция, которая используется для обозначения некоторой
совокупности действий, осуществляющих выполнение заданных функций –
Задача вычисления программного значения температуры, Задача «Алгоритм
регулирования давления»
• Задача может быть реализована, например, как
(а) самостоятельный программный модуль, написанный на С, С++ или
Ассемблере, который будет активизироваться соответствующей программой
управления, процедурой обработки преррывания;
(б) в случае работы под управлением ОС задача может быть представлена,
как процесс или поток этой операционной системы.
• Периодические задачи – выполняются циклически, переходят в состояние
выполнения через строго заданный период.
• Апериодические задачи - активизируются в случайные моменты времени под
действием асинхронных вызовов (например, сетевые запросы или запросы на
ввод-вывод). Часто называются как асинхронные.
• Спорадические задачи – апериодические задачи с жесткими требованиями на
время выполнения.
1. Особенности систем реального времени.
2005 v.0.1
7

8.

Функции:
Активизация функций
(апериодическая, асинхронная)
• 1 - процедура_обработки_события;
• 2 - алгоритм принятия решения;
• 3 - вывод_управляющего_воздействия;
Давление
Pдоп
ДД
t
1
Задача контроля
работоспособности
2
3
t
l
tp
tr
d
1. . Характеристики систем реального времени.
2018 v.0.1
8

9.

Задача диспетчеризации
Управление
температурой
Информационный
фонд
Контроль
работоспособности
1. . Характеристики систем реального времени.
Отображение
информации
Ввод команд
2018 v.0.1
Оператор
9

10.

Активизация функций
(периодическая, асинхронная)
Таймер
Отображение
информации
t
1
2
1
2
t
tp
d
p
Ввод команд
t
Интерпретация
1 - обработка_данных;
2 - вывод (экран, печать);
3 - ввод_команды;
4 - интерпретация_запроса;
3
l
4
t
tp
1 . Характеристики систем реального времени.
ds
dh
2018 v.0.1
10

11.

3. Системы передачи потоков данных
Пример: Передача аудио-видео информации
СРВ
СРВ
Приложение
Приложение
ОСРВ
ОСРВ
TCP/IP
IP- пакеты (передача)
IP- пакеты (прием)
Аудио поток 1
Источник
Аудио поток 2
Видео поток
t
Приемник
Время реакции - задержка при
обработке пакета
Jitter - колебания t
1. Характеристики систем реального времени 2020 v.0.1
11

12.

4. Требования к времени реакции
Жесткое реальное время (hard real-time) - нарушения deadline
приводит к аварийным (возможно - катастрофическим)
последствиям и является недопустимым (Контроль
работоспособности)
Мягкое реальное время (soft real-time) - нарушения deadline
допускается (если такое событие происходит «не слишком часто» и
deadline превышается на «небольшой промежуток времени»
(Отображение информации)
Твердое реальное время (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
(Управление температурой, Ввод команд оператора)
1. Характеристики систем реального времени.
2005 v.0.1
12

13.

Факторы, влияющие
значения на временных характеристик
1. Многозадачность
СРВ одновременно решаются несколько задач, обслуживающие процессы
внешней среды
Прикладные задачи
Управление
температурой
Контроль
работоспособности
Изменение
температуры
Изменение
состояния
оборудования
Физические процессы в испытательной
камере
Диспетчеризация
Обеспечивающие
задачи
Обеспечивающие задачи
задачи
2. Производительность вычислительной техники
1. Характеристики систем реального времени 2005 v.0.1
13

14.

5. Требования QoS
QoS – Требования Quality of Sevice для различных систем могут быть
выражены по разному. Например, для примера «Встроенные системы»:
Управление температурой
QoS
Контроль работоспособности
A
ds
dh
QoS
t
Ввод команд
C
d
t
t
d
Отображение информации)
QoS
B
QoS
D
ds
1. Характеристики систем реального времени 2005 v.0.1
dh
t
14

15.

Требования QoS
Для примера «Передача аудио-видео информации»
Чувствительность к потерям в комбинации с интервалом потерь определяет максимально допустимый темп потерь (например, один байт в
минуту).
Чувствительность к групповым потерям - определяет, какое количество
последовательных элементов данных можно потерять.
Минимальная фиксируемая задержка - определяет, на сколько сеть
должна задержать доставку данных, чтобы приемник обнаружил задержку.
Максимальное отклонение задержки - определяет максимальный предел
дрожания.
Показатель соблюдения — число, показывающее, насколько точно
должны соблюдаться требования к качеству обслуживания.
1. Характеристики систем реального времени 2005 v.0.1
15

16.

6. Особенности СРВ
1.
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.
2.
СРВ - многозадачная система; несколько задач выполняются
одновременно, обслуживая процессы внешней среды.
3.
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
4.
Главное свойство СРВ - предсказуемость или детерминированность.
1. . Характеристики систем реального времени.
2015 v.0.1
16

17.

Особенности СРВ (2)
5.
6.
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)
– отклонения («дрожание») момента активизации задачи (jitter)
Каждая задача реального времени определяется постоянным набором
процедур, повторяющихся в течении времени функционирования
системы (от единиц до сотен и тысяч часов)
1. . Характеристики систем реального времени.
2015 v.0.1
17

18.

Особенности СРВ (3)
7
По 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)
8.
Наряду с задачами реального времени в системе решаются задачи
«нереального времени» (non-real-time system), которым (как правило)
определяется более низкий приоритет
9.
Повышенные требования к надежности по сравнению с системами
«нереального времени»
1. . Характеристики систем реального времени.
2015 v.0.1
18