Thiết kế phần mềm thời gian thực

● Kết hợp rất chặt chẽ với các thiết bị phần cứng • Các bộ cảm biến: Thu nhận dữ liệu từ môi trường hệ thống; • Bộ truyền: Thay đổi theo một cách nào đó môi trường hệ thống; ● Thời gia

Thiết kế phần mềm thời gian thực

Mục tiêu

và lý do tại sao các hệ thống này lại được thực hiện như một hệ thống các qui trình tương tranh

và điều khiển hệ thống

Các hệ thống thời gian thực

● Các hệ thống theo dõi và điều khiển môi

trường củâ chúng

● Kết hợp rất chặt chẽ với các thiết bị phần

cứng

• Các bộ cảm biến: Thu nhận dữ liệu từ môi

trường hệ thống;

• Bộ truyền: Thay đổi (theo một cách nào đó) môi

trường hệ thống;

● Thời gian là quyết định Các hệ thống thời

gian thực PHẢI phản ứng lại trong các thời

Định nghĩa

● Một hệ thống thời gian thực là một hệ thống phần mềm

trong đó việc hoạt động chính xác của hệ thống phụ

thuộc vào các kết quả mà hệ thống sản sinh ra và thời điểm mà tại đó các kết quả này được sinh ra.

● Một hệ thống mềm thời gian thực mềm là một hệ thống

mà quá trình hoạt động của nó bị suy biến nếu các kết quả không được sinh ra theo các yêu cầu về thời gian

đã định.

● Một hệ thống mềm thời gian thực cứng là một hệ thống

mà hoạt động của nó là không chính xác nếu các kết quả không được sinh ra theo đặc tả thời gian.

Các hệ thống kích thích/phản ứng

● Với một kích thích đã cho, hệ thống phải đưa

ra một phản ứng trong một thời gian nhất định

● Kích thích theo chu kỳ Kích thích theo các

khoảng thời gian định trước

nhiệt độ 10 lần trong một giây.

những thời gian không định trước

Một mô hình hệ thống thời gian thực

Real-tim e control system

Actuator Actuator Actu ator Actuator

Sensor Sensor

Các qui trình cảm biến/khởi động

Data processor

Actuator control

Actuator

Sensor control Sensor

Các phần tử của hệ thống

● Qui trình điều khiển cảm biến

● Bộ xử lý dữ liệu

toán phản ứng của hệ thống.

● Qui trình điều khiển phản ứng

Thiết kế hệ thống

● Thiết kế cùng một lúc phần cứng và phần

mềm của hệ thống Phân chia các chức năng hoặc cho phần cứng hoặc cho phần mềm

● Các quyết định thiết kế cần phải được thực

hiện trên cơ sở các yêu cầu không-chức năng của hệ thống

● Phần cứng cung cấp hiệu suất cao hơn

nhưng đòi hỏi thời gian phát triển và khó thay đổi hơn

Qui trình thiết kế hệ thống thời gian thực

● Nhận dạng các kích thích cần phải xử lý và

các phản ứng cần thiết đối với các kích thích này

● Đối với từng kích thích và phản ứng, cần

nhận dạng những ràng buộc về thời gian

● Tích hợp việc xử lý kích thích và phản ứng

thành các qui trình tương tranh Mỗi qui trình

có thể gắn với một lớp các kích thích và phản ứng

Qui trình thiết kế hệ thống thời gian thực

● Thiết kế các thuật toán để xử lý từng kích

thích và phản ứng Những thuật toán này phải đáp ứng các yêu cầu về thời gian đã cho

● Thiết kế một hệ thống lập lịch để đảm bảo

các qui trình được bắt đầu đúng lúc phù hợp với thời hạn cuối cùng cho phép của chúng

Các hệ điều hành thời gian thực

● Các hệ điều hành thời gian thực là những hệ

thống điều hành đặc biệt để quản lý các qui trình trong hệ thống thời gian thực

● Chịu trách nhiệm quản lý các qui trình và

phân bổ tài nguyên (bộ vi xử lý và bộ nhớ)

● Thông thường các hệ điều hành thời gian

thực không bao gồm các tiện ích quản lý tệp

Các thành phần của

hệ điều hành thời gian thực

• Cung cấp thông tin cho việc lập lịch các tiến trình.

• Quản lý các yêu cầu dịch vụ không theo chu kỳ.

• Chọn tiến trình tiếp theo để chuẩn bị chạy.

• Phân phối các tài nguyên bộ nhớ và bộ vi xử lý.

• Khởi động thực hiện các tiến trình.

Các thành phần của hệ điều

hành thời gian thực

Process resource requirements Scheduler

Scheduling information

Resource manager

Despa tcher

Real-time clock

Processes awaiting resources

Ready list

Interrupt handler

Available resource list

Processor list

Ready processes

Released resources

Tóm tắt

● Tính đúng đắn của hệ thống thời gian thực

không chỉ phụ thuộc vào hệ thống làm gì mà còn phụ thuộc vào hệ thống phản ứng lại

nhanh như thế nào

● Một hệ thống thời gian thực bao gồm các

tiến trình liên thuộc các bộ cảm biến và bộ phản ứng

● Kiến trúc của các hệ thống thời gian thực

thường được thiết kế như một tập các yiến trình tương tranh

Tóm tắt

● Các hệ thống thời gian thực có nhiệm vụ

quản lý các tiến trình và các tài nguyên hệ thống

● Các hệ thống kiểm soát và điều khiển lựa

chọn các bộ cảm biến và gửi tín hiệu điều khiển tới các bộ phản ứng