ANALIZA I PROJEKTOWANIE

SYSTEMÓW CZASU

RZECZYWISTEGO

Systemy czasu rzeczywistego:

Systemy wbudowane

Systemy sterujące procesami
przemysłowymi

Systemy sterujące

Definicja systemu czasu rzeczywistego

System czasu rzeczywistego

= system informatyczny,
który

nadąża

za zmianami

zachodzącymi w jego

otoczeniu

.

Klasyfikacja systemów czasu
rzeczywistego (SCR)



Systemy Silnie i Słabo-uwarunkowane

czasowe

Istota systemu czasu
rzeczywistego

System

transformacyjny

output= f(input

)

Wejście

Wyjście

System

reaktywny

Zdarzenie

Odpowiedź

Zdarzenie

Odpowiedź

Systemy czasu rzeczywistego to
systemy sterowania zdarzeniami

Czas reakcji >=50 ms

System Czasu

Rzeczywistego

(SCR)

Zdarzenie

Odpowiedź

Cykl życia SCR

Specyfikacja wymagań

Projektowanie i szacowanie
czasu reakcji

Kodowanie

Szeregowanie zadań

Uruchamianie

Metodyki projektowania SCR



Są tu np..: dostępne metodyki:



Hierarchical Object Oriented Design



Hard Real-Time HOOD



ORCCAD



COSMA



REAL-TIME WORKSHOP



RAPID PROTOTYPING

Metoda HOOD i HRT-HOOD

HOOD

= Hierarchical Object-Oriented

Design

HRT-HOOD

= Hard Real-Time HOOD

Europejska Agencja ds. Przestrzeni

Lata 1990-1995

A. Burns, A. Wellings, University of York

Konkurencja:

Real-Time UML

HRT-HOOD



Typy obiektów



Przepływ danych



Atrybuty obiektów



Dekompozycja



Klasy



Systemy rozproszone

Typy i diagram opisu obiektów



Aktywne (A)



Pasywne (Pa)

Rodzaj obiektu

Nazwa

Operacje

Cykliczne (C)

Sporadyczne (S)

Chronione (Pr)

Rodzaje obiektów

Obiekt pasywny

-

P

Procedura wywoływana przez inną procedurę

Biegnij!

Wiesz po co

..

Rodzaje obiektów

Obiekt cykliczny

-

C

okres

Procedura aktywowana zegarem

Przykład obiektu cyklicznego: pomiar
temperatury

C Sensor

C Sensor

C Sensor

1 min.

1 min.

czas

okres

Rodzaje obiektów cd…

Obiekt sporadyczny

-

S

maksymalna częstotliwość

Procedura aktywowana przerwaniem

Rodzaje obiektów cd…

Obiekt sporadyczny

-

S

maksymalna częstotliwość

Procedura aktywowana przerwaniem

Przykład obiektu typu sporadycznego

S Button

ASER

Start

Operacja Start może być aktywowana przez

Operacja Start może być aktywowana przez

przerwanie

przerwanie

Rodzaje obiektów cd…

Obiekt chroniony

-

Pr

Biegnij!

Wiesz po co..

Zanieś list.

Procedura wywoływana przez inne + ochrona

Istota obiektu chronionego

napraw element

uporządkuj narzędzia

W danej chwili obiekt chroniony wykonuje

tylko jedną

operację

Istota obiektu chronionego cd…

napraw element

uporządkuj narzędzia

W danej chwili obiekt chroniony wykonuje

tylko jedną operację

Istota obiektu chronionego cd…

napraw element

uporządkuj narzędzia

W danej chwili obiekt chroniony wykonuje

tylko jedną operację

Schematy współpracy między
usługodawcą a usługobiorcą



Schematy współpracy między
usługodawcą a usługobiorcą:



Asynchroniczny -

ASER



Słabo zsynchronizowany -

LSER



Silnie zsynchronizowany -

HSER

Przykład opisu funkcji obiektu

A

A

ObsługaHotelu

ObsługaHotelu

ZostawienieKlucza

*PobranieKlucza

ZgłoszenieUsterki

ZapłataIPokwitowanie

ASER

ASER

HSER

HSER

LSER

LSER

HSER

HSER

Przepływ danych

20 min.

2 dni

Problem
producenta i
konsumenta

Przepływ danych

C

Producent

C

Konsument

InElem

OutElem

Pr

Magazyn

**WstawElem
*PobierzElem

HSER

HSER

HSER

HSER

Period= 1s

Period= 1s

Zasady wywołania operacji obiektów



Aktywny

(A)  każdy inny obiekt



Cykliczny

(C),

Sporadyczny

(S)  Każdy inny obiekt za

wyjątkiem aktywnego



Chroniony

(Pr)  Tylko chronione i pasywne



Pasywny

(Pa)  tylko pasywne

Zasady wywołania funkcji

Zasada ogólna

Jeżeli A i B są obiektami pasywnymi (lub

chronionymi) a obiekt A wywołuje pewną

operację obiektu B, to obiekt B

nie może

wywołać żadnej operacji obiektu A.

Atrybuty obiektów



DEADLINE



THREAD BUDGET



THREAD WCET



OFFSET



PRIORITY



IMPORTANCE



INTEGRITY



PERIOD

(

tylko obiekty cykliczne

)



Minimum Arrival Time

(

tylko obiekty sporadyczne)

Cel :

Cel :

Sprawdzić szeregowalność

systemu.

CEILING PRIORITY
INTEGRITY

Atrybuty operacji



OPERATION BUDGET



OPERATION WCET

WCET = BUDGET + ERROR_HANDLING

Dekompozycja

Są dwa rodzaje dekompozycji:

Obiektów Operacji

Cały system

(1 obiekt aktywny)

Bardziej uszczegó-

łowione obiekty

dekompozycja

dekompozycja

System zdekomponowany

(bez obiektów aktywnych)

Zasady dekompozycji obiektów



Active

 jakikolwiek inny obiekt



Passive

 tylko obiekty pasywne



Protected

 obiekty pasywne + 1 chroniony



Sporadic

 Pasywne, Chronione, + co najmniej 1

Sporadyczny



Cyclic

 Pasywne, Chronione + co najmniej 1

Cykliczny

Zasady dekompozycji operacji



ASER  ASER



ASER  HSER



LSER  HSER



HSER  HSER

Dekompozycja jest poprawna tylko, jeśli nie

Dekompozycja jest poprawna tylko, jeśli nie

narusza własności obiektu rodzica.

narusza własności obiektu rodzica.

Szeregowanie zadań

Podstawowy problem to

Jak szeregować

niepodzielne

zadania

cykliczne

?









Metody szeregowania zadań



Statyczne



Dynamiczne

Szeregowanie statyczne

Opisy zadań:

• cykl

• max. czas wyk.

Opisy zadań:

• cykl

• max. czas wyk.

Godz. Zadanie

0:00

T

1

0:05

T

2

0:10

T

1

Plan Aktywacji

Plan Aktywacji

Godz. Zadanie

0:00

T

1

0:05

T

2

0:10

T

1

Plan Aktywacji

0 : 05

T

2

start!

Projekt klas

Projekt rozproszenia

Bufor :

Bufor :

••

obiekt rzeczywisty

obiekt rzeczywisty

••

„stub” klienta

„stub” klienta

••

„stub” serwera

„stub” serwera

Przykładowe zadanie projektowe



System monitorowania stanów awaryjnych (np.:
zagrożeń zanieczyszczenia środowiska dwutlenkiem
węgla),



System monitorowania włamań do budynku,



System monitorowania stanów alarmowych w
sieciach komputerowych,



Etc…

Dyspozytor

Menedżer zasobów

Menedżer zasobów

Moduł

szeregujący

Informacje o zasobach

wymaganych przez

procesy

Informacje

o szeregowaniu

Zegar czasu

rzeczywistego

Procesy

czekające

na zasoby

Lista procesów

gotowych

Lista procesorów

Lista dostępnych

zasobów

Procedura obsługi

Procedura obsługi

przerwań

Proces wykonywany

Proces
Zwolnione
Gotowy
zasoby

Komponenty modułu wykonawczego

Komponenty modułu wykonawczego
systemu czasu rzeczywistego

systemu czasu rzeczywistego