Thuyết trình môn công nghệ phần mềm Chủ đề Embedded Systems

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÀI TẬP LỚN Môn học: Công Nghệ Phần Mềm Chương 20 - Embedded Systems Học viên thực hiện: Lê Thị Huế Trần Thông Trung Phạm Đình Cường Nguyễn Tiến Thụy Phạm Quốc Tuấn Lê Mạnh Tân Hà Nội, 12/2016 Nội dung trình bày Thiết kế hệ thống nhúng Mô hình kiến trúc Phân tích thời gian Hệ điều hành thời gian thực THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG Thiết kế hệ thống nhúng  Phần mềm nhúng  Responsiveness  Khái niệm hệ thống PM thời gian thực  Đặc điểm hệ thống nhúng  Thiết kế hệ thống nhúng  Hệ thống phản ứng  Kích thích và phản ứng đối với một hệ thống báo động chống trộm  Mô hình tổng quát hệ thống nhúng thời gian thực  Các thành phần hệ thống  Hoạt động trình thiết kế  Mô hình hệ thống thời gian thực Phần mềm nhúng Máy tính sử dụng để kiểm soát loạt hệ thống từ máy đơn giản, trò chơi điều khiển, toàn nhà máy sản xuất Phần mềm phải phản ứng với kiện tạo phần cứng thường tín hiệu điều khiển vấn đề để đáp ứng với kiện Các phần mềm hệ thống nhúng phần cứng hệ thống, thường nhớ đọc, thường phản ứng, thời gian thực hoạt động từ môi trường hệ thống Responsiveness (phản ứng) Phản ứng thời gian thực khác biệt quan trọng hệ thống nhúng hệ thống phần mềm khác, chẳng hạn hệ thống thông tin, hệ thống dựa web hệ thống phần mềm cá nhân Trong hệ thống thời gian thực, tính xác phụ thuộc vào việc ứng phó với đầu vào thời gian thực để tạo phản ứng Khái niệm hệ thống PM thời gian thực Một hệ thống phần mềm thời gian thực hệ thống phần mềm mà tính đắn hệ thống phụ thuộc vào kết thực hệ thống thời điểm mà kết tạo Một hệ thống thời gian thực mềm hệ thống hoạt động với yêu cầu thỏa mãn ràng buộc khung thời gian mềm, vi phạm sai lệch nằm khoảng cho phép hệ thống hoạt động chấp nhận Một hệ thống phần mềm thời gian thực cứng (A hard real-time system) hệ thống hoạt động với yêu cầu thỏa mãn ràng buộc khung thời gian cứng tức vi phạm dẫn đến hoạt động toàn hệ thống bị sai bị phá hủy   Đặc điểm hệ thống nhúng Các hệ thống nhúng thường chạy liên tục không chấm dứt Tương tác với môi trường hệ thống không kiểm soát đoán trước Có thể có hạn chế vật lý (ví dụ điện) làm ảnh hưởng đến thiết kế hệ thống Tương tác phần cứng trực tiếp cần thiết Các vấn đề an toàn độ tin cậy chiếm ưu thiết kế hệ thống Thiết kế hệ thống nhúng Quá trình thiết kế cho hệ thống nhúng hệ thống quy trình kỹ thuật, nhà thiết kế phần mềm phải xem xét cụ thể thiết kế hiệu suất hệ thống phần cứng Một phần trình thiết kế hệ thống liên quan đến việc định mà hệ thống khả thực phần mềm phần cứng Quyết định mức độ thấp phần cứng, phần mềm hỗ trợ thời gian hệ thống phải xem xét sớm trình Những hạn chế linh hoạt thiết kế hệ thống có nghĩa phần mềm chức bổ sung Hệ thống phản ứng Với kích thích, hệ thống phải tạo phản ứng phản hồi vòng thời gian quy định Có loại kích thích: Kích thích tuần hoàn Kích thích không tuần hoàn Thời gian yêu cầu hệ thống báo động chống trộm 43 Thời gian xử lý báo động 44 Nếu ta kiểm tra cảm biến tiến trình thực hiện, sau có N cảm biến dạng cụ thể, ta phải dự định có 4N tiến trình lần/giây để đảm bảo đáp ứng khung thời gian xem xét thay đổi trạng thái 0,25s Nếu ta xem xét cảm biến, trình thực hiện, sau lần tăng lên 4ms, bạn cần chạy N lần tiến trình /giây để đáp ứng thời gian yêu cầu 45 THỜI GIAN THỰC Hệ điều hành thời gian thực – RealTime Operating Systems(RTOS) là phần mềm điều khiển chuyên dụng thường dùng ứng dụng điện toán nhúng có tài nguyên nhớ hạn chế yêu cầu ngặt nghèo thời gian đáp ứng tức thời, tính sẵn sàng cao khả tự kiểm soát cách xác RTOS âm thầm làm việc bên định tuyến chuyển mạch mạng, động xe, máy nhắn tin, điện thoại di động, thiết bị y tế, thiết bị đo lường điều khiển công nghiệp vô số ứng dụng khác Sơ lược ROTS Hệ điều hành thông thường hiện diện máy tính bạn, bạn mở ứng dụng lên có nhiều lúc bạn phải chờ lâu Việc chờ không ảnh hưởng nhiều lắm, bạn pha cho tách cafe chờ ứng dụng khởi chạy Đôi ứng dụng lỗi cần đóng process chạy lại, gần chẳng ảnh hưởng đến ai, có khó chịu chút Hệ điều hành thời gian thực được thiết kế cho nhiệm vụ đặc biệt Các ứng dụng cần thực thi với thời gian thật xác, lỗi phát sinh cần cô lập xử lý nhanh chóng Mọi chậm trễ, lỗi phát sinh không lường trước khiến hệ thống bị đổ vỡ Sơ lược ROTSV Một thuộc tính quan trọng RTOS khả tách biệt với ứng dụng, có chương trình bị "chết" hay hoạt động không hợp lệ, RTOS nhanh chóng cô lập chương trình này, kích hoạt chế phục hồi bảo vệ chương trình khác hay thân hệ điều hành khỏi hậu lệnh sai Cơ chế bảo vệ tương tự áp dụng để tránh tình trạng tràn nhớ chương trình gây RTOS xuất hai dạng: cứng mềm Nếu tính xử lý ứng với kiện không xảy hay xảy không đủ nhanh, RTOS cứng chấm dứt hoạt động giữ không gây ảnh hưởng đến độ tin cậy tính sẵn sàng phần lại hệ thống Sơ lược ROTS Vì RTOS máy tính nhúng trở nên phổ biến ứng dụng quan trọng, nhà phát triển thương mại tạo nên RTOS với tính sẵn sàng cao Những sản phẩm có thành phần phần mềm chuyên dụng làm chức cảnh báo, chạy chương trình chẩn đoán hệ thống để giúp xác định xác vấn đề trục trặc hay tự động chuyển đổi sang hệ thống dự phòng RTOS có nhiều dạng Sản phẩm thương mại VxWorks VxWorks AE, Wind River Systems Inc; VxWorks AE thiết kế với tính sẵn sàng cao, hỗ trợ khả gửi thông điệp phân tán chịu lỗi RTOS cho phép lập trình viên tách biệt thư viện dùng chung, liệu phần mềm hệ thống ứng dụng Các thành phần ROTS Một hệ điều hành thời gian thực quản lý quy trình phân bổ nguồn lực cho hệ thống thời gian thực Nó bắt đầu dừng chương trình để - xử lý giao tài nguyên nhớ xử lý nguồn lực  Một đồng hồ thời gian thực, cung cấp thông tin cần thiết để xếp trình định kỳ  Một gián đoạn xử lý, quản lý yêu cầu không tuần hoàn cho dịch vụ  Một lịch trình, có trách nhiệm kiểm tra trình thực thi chọn thực thi  Một nhà quản lý tài nguyên, cấp phát nhớ xử lý thích hợp nguồn lực để tiến trình lên kế hoạch forexecution  Một điều phối, mà trách nhiệm việc thực quy trình Quản lý quy trình Các hệ thống thời gian thực có để xử lý kiện bên cách nhanh chóng, số trường hợp, đáp ứng thời hạn cuối để xử lý kiện Điều có nghĩa trình xử lý kiện phải lên kế hoạch để thực thời gian để phát kiện Hệ thống phải phân bổ đủ nguồn lực xử lý để đáp ứng thời hạn Người quản lý trình RTOS trách nhiệm lựa chọn quy trình để thực hiện, phân bổ xử lý nhớ nguồn lực, bắt đầu dừng trình thực xử lý Điều quan trọng xếp hệ thống hoàn tất thời hạn quy định trình khác Có thể trì hoãn cách an toàn trình quan trọng yêu cầu dịch vụ Quản lý quy trình RTOS có để quản lý hai prioritylevels cho tiến trình hệ thống: Interrupt level: Mức mức độ ưu tiên cao Đó trình mà allocatedto cần phản ứng nhanh Một trình đồng hồ thời gian thực trình Clock Level: mức độ ưu tiên phân bổ cho trình định kỳ Có thể có mức độ ưu tiên tiếp tục phân bổ cho tiến trình (chẳng hạn trình tự kiểm tra) mà không cần phải đáp ứng thời hạn thời gian thực trình lên kế hoạch để thực xử lý capacityis sẵn Trong mức độ ưu tiên, lớp khác trình phân bổ ưu tiên khác Các chức RTOS Bộ lập lịch (Scheduler) Các dịch vụ thời gian thực (Realtime Services) Đồng xử lý thông điệp (Synchronization and Messaging) Kỹ lập lịch cho Task 2 phương pháp: Lập lịch ko ưu tiên: tiến trình thực đến xong Tuy nhiên gặp vấn đề tiến trình có ưu tiên cao phải đợi tiến trình có ưu tiên thấp Lập lịch có ưu tiên: tiến trình thực gặp tiến trình có mức ưu tiên cao phải dừng lại để thực XIN CẢM ƠN! ... kế phần mềm phải xem xét cụ thể thiết kế hiệu suất hệ thống phần cứng Một phần trình thiết kế hệ thống liên quan đến việc định mà hệ thống khả thực phần mềm phần cứng Quyết định mức độ thấp phần. .. điều khiển, toàn nhà máy sản xuất Phần mềm phải phản ứng với kiện tạo phần cứng thường tín hiệu điều khiển vấn đề để đáp ứng với kiện Các phần mềm hệ thống nhúng phần cứng hệ thống, thường nhớ... gian thực Một hệ thống phần mềm thời gian thực hệ thống phần mềm mà tính đắn hệ thống phụ thuộc vào kết thực hệ thống thời điểm mà kết tạo Một hệ thống thời gian thực mềm hệ thống hoạt động với