Типичная структура СРВ.

Приблизительное время реакции в зависимости

От области применения СРВ

Математическое моделирование - несколько микросекунд

Радиолокация - несколько миллисекунд

Складской учет - несколько секунд

Управление производством - несколько минут

Платформы СРВ:

- «Обычные» компьютеры».

- Промышленные компьютеры.

- Встраиваемые системы.

Отметим основные особенности СРВ, диктуемые необходимостью

работы на промышленном компьютере:

– Система часто должна работать на бездисковом компьютере и осуществлять начальную загрузку из ПЗУ.

– Система должна по возможности использовать как можно большее число типов процессоров, что дает возможность потребителю выбрать процессор необходимой мощности.

– Система должна по возможности поддерживать более

широкий ряд специального оборудования (периферийные

контроллеры, таймеры и т.д.).

Типичная структура СРВ.

Контролируемая подсистема диктует требования в реальном масштабе времени и выдает основные характеристики

объекта управления.

Контролируемая подсистема представлена задачами (в дальнейшем называемыми прикладными) которые используют оборудование, управляемое подсистемой контроля.

Контролирующая подсистема управляет вычислениями,

управляет связью с внешним оборудованием. Контролирующая

подсистема должна обеспечивать распределение ресурсов, таких, как память, доступ к сети, устройство длительного хранения информации.

Операционная подсистема обеспечивает связь с оператором. Контролирует полную деятельность системы.

Задачи классифицируют по двум категориям:

I Категория — По времени функционирования:

– задачи в ЖРВ (жестком реальном времени);

– задачи в МРВ (мягком реальном времени);

– задачи в «нереальном времени».

II Категория — По типу функционирования:

– периодические задачи;

– апериодические задачи (асинхронные);

– спорадические задачи;

– фоновые задачи;

– аппендикс.

Периодические задачи — это задачи, которые переходят в

состояние выполнения через строго заданный период и выполняются каждый цикл функционирования в системе. Например,

обработка и контроль сигнала. Для СРВ требуется четкое и

своевременное выполнение каждой периодической задачи. Периодическая задача выполняется в строго отведенное ей

время, каждый цикл. Запуск периодической задачи может осуществляться несколько раз за цикл. Характеризуется жестким

крайним сроком исполнения.

Апериодические задачи — это задачи, имеющие минимальный приоритет в системе и выполняющиеся по событию. Характеризуются наличием мягкого крайнего срока исполнения.

Функционирование таких задач осуществляется только в

том случае, если периодические задачи не выполняются. К

функциям апериодических задач относятся функции диагностики, выдача справочной информации и сохранение информации

на внешнем носителе.

Спорадические задачи — это апериодические задачи с

жестким крайним сроком исполнения. Приоритет устанавливается на уровне периодических задач.

Спорадические задачи имеют непредсказуемый характер.

Для обработки выделяется отдельная периодическая задача, которая будет контролировать выполнение.

Фоновые задачи — это задачи, для которых предельный

срок исполнения не задается либо устанавливается мягкий

крайний срок исполнения. Может исполняться один раз за

несколько циклов функционирования системы.

Задачи-аппендиксы — это задачи, которые исполняются до

старта ОС и имеют приоритет выше, чем сама ОС.

В системах реального времени существуют две парадигмы

приложений с учетом предсказуемости систем:

– Архитектура приложения, работающего по событию.

Event Type).

Любая деятельность системы начинается в ответ на возникающее специфическое событие. Вид события определяется самой системой. Предсказуемость достигается следующими способами:

1. Использование стратегии оценки для каждой прикладной

задачи (оценивается потребность данной задачи в текущий момент времени).

2. Оценка потребности ресурсов для данной задачи.

3. Оценка готовности ресурсов для удовлетворения потребностей и задач.

Достоинства: управляемость со стороны системы, независимость от времени (количества тактов).

Недостатки: сложность алгоритма оценки, отсутствие возможности синхронизации событий на разных узлах.

– Архитектура приложения, функционирующего по времени. (Time Type).

Деятельность системы начинается в определенный заданный момент глобально синхронизированного времени.

Предсказуемость достигается путём приведения всех задач к периодическим. Для апериодических, спорадических и фоновых

задач создаются мета-задачи, которые занимаются обработкой

соответствующего типа задач.

Достоинства: на всех узлах задачи могут исполняться по

синхронизированному времени; таблица задач является фиксированной, для неё можно провести моделирование на возможность функционирования в режиме РВ.

Недостатки: слабая управляемость процесса исполнения

задач. Не существует возможности управления последовательностью задач в процессе функционирования системы.

Нефункциональные требования включают в себя надежность, своевременность и управление динамическими изменениями (т.е. занесение эволюционных изменений в работающую систему).

Для того чтобы методы проектирования адекватно учитывали особенности систем жесткого реального времени, они должны поддерживать:

– четкое разделение типов действий/объектов, которые находятся в системах жесткого реального времени (т.е. циклические и единичные действия);

– точное определение требований приложения по распре-

делению времени для каждого объекта;

– определение относительной важности каждого объекта

для успешного функционирования приложения;

– точное определение и использование объектов контроля

ресурсов;

– переход к наиболее подходящей для планировки и распределения времени программной архитектуре.

При проектировании систем жесткого реального времени разрабатывают архитектурный план, который включает две фазы:

− логическая архитектура;

включает действия, которые мо-

гут быть проделаны независимо от условий, накладываемых

средой исполнения, и в первую очередь направлены на удовлетворение функциональных требований.

− физическая архитектура.

принимает в расчет эти и другие

условия и вдобавок охватывает нефункциональные требования.

Физическая архитектура формирует основу для того, чтобы не-

функциональные требования уже были удовлетворены, когда

существуют детальный проект и реализация.

Проектирование логической архитектуры. Существуют

два аспекта любого метода проектирования, которые облегчают

создание логической архитектуры жестких систем реального

времени. Во-первых, абстракции должна быть дана конкретная

поддержка, что, как правило, и нужно проектировщикам систем.

Во-вторых, логическая архитектура должна планироваться с тем

условием, чтобы возможно было ее анализировать во время

проектирования физической архитектуры.

Конечные объекты характеризуются как:

– циклические;

Циклические и единичные действия являются обычными

в системах реального времени; каждое из них должно содержать

поток, который создается во время выполнения.

– единичные;

– защищенные;

Защищенные объекты управляют доступом к

данным, которые доступны нескольким потокам (т.е. циклическим и единичным объектам); в частности, они предусматривают взаимное исключение.

– пассивные.

Он используется для объекта, который

или используется только одним объектом, или может использоваться совместно без ошибок.

Чтобы иметь возможность анализировать весь проект,

необходимо поставить определенные условия:

1. Циклические и единичные объекты не могут выполнять

произвольные операции блокировки в других циклических или

единичных объектах.

2. Циклические и случайные объекты могут выполнять

асинхронную передачу операций управления в другие цикличе-

ские или единичные объекты.

3. Защищенные объекты не могут выполнять операции

блокировки в любых других объектах.

Проектирование физической архитектуры. Основное

внимание в физической архитектуре уделяется требованиям к

распределению времени. Процесс проектирования должен поддерживать формирование физической архитектуры через следующие функции:

1. Возможность ассоциирования атрибутов распределения

времени с объектами.

2. Обеспечение такой внутренней структуры, в которой может быть предпринята планировка конечных объектов.

3. Создание абстракции, с помощью которой проектировщик может контролировать ошибки распределения времени.