Chương 1 Đại cương về hệ thống thời gian thực

CHƯƠNG 1ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ THỐNG THỜI GIAN THỰC Nguyễn Văn Thọ Khoa Điện tử viễn thông, Đại học Duy Tân – 2010 THẾ NÀO LÀ HỆ THỜI GIAN THỰC Một hệ thống thời gian thực (RTS – Realtime Systems) là một mô hình xử lý mà tính đúng đắn của hệ thống không chỉ phụ thuộc vào kết quả tính toán lôgic mà còn phụ thuộc vào thời gian mà kết quả này phát sinh ra. - RTS khác biệt với các hệ thống khác ở tính quan trọng của thời điểm cho ra kết quả. Đáp ứng thất bại (không đáp ứng) có hậu quả nghiêm trọng tương tự như đáp ứng sai Khi máy tính là 1 thành phần của một hệ thống  hệ thống nhúng (Embedded System) 99% các bộ xử lý nằm trong các hệ thống nhúng PHÂN LOẠI Soft real-time — Trong trường hợp yếu tố thời gian bị vi phạm , hệ thống bỏ qua lỗi và tiếp tục hoạt động bình thường. Hard real-time — quan tâm khắc khe đến các hậu quả do sự vi phạm giới hạn thời gian để cho phép bởi vì những hậu quả này có thể là rất tồi tệ, thiệt hại về vật chất, có thể gây ra những ảnh hưởng xấu đến đời sống con người. Real real-time — hệ thống hard realtime có thời gian đáp ứng rất ngắn. VD: Hệ thống dấn đường tên lửa Firm real-time — hệ thống soft realtime nhưng không có lợi khi dịch vụ bị trễ A simple fluid control system Pipe Flow meter Valve Interface Computer Time Input flow reading Processing Output valve angle A simple fluid control system A Grain-Roasting Plant Fuel Tank Furnace Bin Pipe fuel grain A Widget-Packing Station Line controller Computer Switch Assembly line Box 0 = stop Bell Switch A Process Control System Process Control Computer Chemicals and Materials Valve Temperature Transducer Stirrer Finished Products PLANT A Production Control System Production Control System Parts Machine Tools Manipulators Conveyor Belt Finished Products A Command and Control System Temperature, Pressure, Power and so on Terminals Command and Control Computer Command Post Sensors/Actuators A Typical Embedded System Algorithms for Digital Control Data Logging Data Retrieval and Display Operator Interface Interface Engineering System Remote Monitoring System Real-Time Clock Database Operator’s Console Display Devices Real-Time Computer Real-time Programming Languages Assembly languages Sequential systems implementation languages — e.g. RTL/2, Coral 66, Jovial, C. Both normally require operating system support. High-level concurrent languages. Impetus from the software crisis. e.g. Ada, Chill, Modula-2, Mesa, Java. No operating system support! We will consider: Java/Real-Time Java C and Real-Time POSIX Ada 95 Also Modula-1 for device driving Đáp ứng đúng CÁC TÍNH CHẤT CỦA RTS Tính bị động: Hệ thống phải phản ứng với các sự kiện xuất hiện vào các thời điểm thường không biết trước. Tính nhanh nhạy: Hệ thống phải xử lý thông tin một cách nhanh chóng để có thể đưa ra kết quả phản ứng một cách kịp thời. Tính đồng thời: Hệ thống phải có khả năng phản ứng và xử lý đồng thời nhiều sự kiện diễn ra. Tính tiền định: Dự đoán trước được thời gian phản ứng tiêu biểu, thời gian phản ứng chậm nhất cũng như trình tự đưa ra các phản ứng. Real-time systems engineering. Real-time Programming Languages Assembly languages Sequential systems implementation languages — e.g. RTL/2, Coral 66, Jovial, C. Both normally require operating system support. High-level concurrent languages. Impetus from the software crisis. e.g. Ada, Chill, Modula-2, Mesa, Java. No operating system support! We will consider: Java/Real-Time Java C and Real-Time POSIX Ada 95 Also Modula-1 for device driving Đồng hồ hệ thống Thời gian RTS được báo bằng đồng hồ hệ thống Hệ thống có nhiều vi xử lý có thể có nhiều đồng hồ nhưng các đồng hồ phải đồng bộ với nhau Các loại đồng hồ Hệ thống có 1 đồng hồ duy nhất Server clock Độ chính xác cao Hệ thống có nhiều đồng hồ 1 đồng hồ chính (Master clock) và nhiều đồng hồ phụ (Slave clock) Các đồng hồ đồng bộ với nhau Khi đồng hồ chính bị hỏng  1 đồng hồ phụ thay thế đóng vai trò đồng hồ chính Thời gian rời rạc Đồng hồ trong các hệ thống số phát sinh ngắt báo hiệu theo 1 chu kỳ Chu kỳ này khoảng us hoặc ns Đơn vị nhỏ nhất của thời gian là 1 chu kỳ Thời gian có tính rời rạc Xử lý thời gian thực Để phản ứng với nhiều sự kiện xảy ra cùng 1 lúc, hệ thống phải xử lý tính toán đồng thời Các hình thức xử lý đồng thời Xử lý cạnh tranh Xử lý song song Xử lý phân tán Xử lý cạnh tranh 1 Bộ xử lý Các quá trình tính toán chia sẻ thời gian thời gian xử lý thông tin của bộ xử lý Xử lý song song Phải có phần cứng song song (nhiều bộ xử lý ) Các quá trình tính toán thực hiện đồng thời trên các bộ xử lý Xử lý phân tán Có nhiều máy tính Các quá trình được xử lý trên các máy tính riêng Tác vụ (Task) Tác vụ là 1 nhiệm vụ xử lý thông tin Có thể xử lý tuần hoàn hoặc theo sự kiện