Vấn đề thời gian thực

1.Khái niệm “hệ thời gian thực” 2.Xử lý thời gian thực 3.Hệ điều hành thời gian thực 4.Giaotiếpthời gian thực 5.Lập trình thời gian thực

© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 1Hệ thống thông tin công nghiệp1/19/2006Chương 3: Vấn ₫ề thờigianthực 2© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 3: Vấn đề thờigianthực© 2005 - HMSChương 3: Nội dung1. Khái niệm “hệ thờigianthực”2. Xử lý thờigianthực3. Hệ điều hành thời gian thực4. Giao tiếpthờigianthực5. Lập trình thời gian thực 3© 2004, HỒNG MINH SƠNChương 3: Vấn đề thờigianthực© 2005 - HMS3.1 Hệ thờigianthực là gì?“A real-time system is one in which the correctness of the system depends not only on the logical results, but also on the time atwhich the results are produced, .”Một hệ thờigianthựclàmộthệ thống mà sự hoạt ₫ộng tin cậy của nó khơng chỉ phụ thuộc vào sự chính xác của kết quả, mà còn phụthuộc vào thời ₫iểm ₫ưa ra kết quả ₫ể phản ứng với sự kiện bên ngồi. Hệ thống có lỗi khi thời gian u cầu khơng ₫ược thoả mãn.JOHN A. STANKOVIC ET AL.: Strategic Directions in Real-Time and Embedded Systems. ACM Computing Surveys, Vol. 28, No. 4, December 1996Thờigianthựckhơngphảilàthờigiantuyệt đốiTính năng thờigianthựckhơngđồng nghĩavớitốc độtính tốn rấtnhanhTính năng thờigianthực= tínhchínhxác+ tính kịpthời 4© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 3: Vấn đề thờigianthực© 2005 - HMSCác dạng của“tínhkịpthời”ThờigianSự kiện Phản ứngtstpTa) Chính xác tại . (t = tp)ThờigianSự kiện Phản ứngtstp2Tb) Trong khoảng . (tp2≤ t ≤ tp2)ThờigianSự kiện Phản ứngtstpTc) Chậmnhất là . (t ≥ tp)tp1ThờigianSự kiện Phản ứngtstpTd) Sớmnhất là . (t ≥ tp) 5© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 3: Vấn đề thờigianthực© 2005 - HMSHT ₫iềukhiểncóphảilàhệ TGT?Mỗihệ thống điềukhiểnlàmộthệ thờigianthựcChấtlượng điềukhiểnkhôngchỉ phụ thuộcvàothuậttoán điềukhiển, mà còn phụ thuộc vào khả năng phảnứng củahệ thống, thời điểm đọc tín hiệu đầu vào (tínhiệu đo), vào thời gian tính toán luật điềukhiểnvàthờiđiểm đưaratínhiệu điềukhiểnTính năng thờigianthựccủamộtHTĐKphụ thuộccảvào phầncứng và phầnmềmvàvàokiến trúc hệ thống Phầncứng: Tốc độ tính toán củavi xử lý, tốc độ chuyển đổiDA/AD, cơ chế vào/ra, chậmtrễ trong các thiếtbị Phầnmềm: Thuậttoánđiềukhiển, phương pháp lập trình, tổ chứcthựchiệnchương trìnhTính năng TGT củamộtHTĐKliênquantớitínhmạngcon ngườiPhầnlớncáchệ thờigianthựclàcáchệ thống điềukhiển 6© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 3: Vấn đề thờigianthực© 2005 - HMSHai dạng hệ thống TGT tiêu biểu1. Hệ thống nhúng (Embedded Systems)—Cáchệ thống điềukhiển chuyên dụng, đặc chủng cho các thiếtbị, máy móc đơn lẻ—Máytínhđiềukhiểnlàmột phần không tách rờicủa thiếtbịđược điềukhiển—Dựa trên nềnvi xử lý, nhân thời gian thực, hệđiềuhànhthời gian thực—Vídụứng dụng: công nghiệp hàng không-vũ trụ, robot công nghiệp, phương tiện giao thông, .2. Hệ thống điềukhiển công nghiệp (Industrial Control Systems)— Distributed Control Systems (DCS), Programmable LogicControllers (PLC), Soft-PLCs—Cáchệ thống điềukhiểnphân cấp, phân tán— Ứng dụng trong CN chế biến, CN chế tạo 7© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 3: Vấn đề thờigianthực© 2005 - HMSChiếcxehơicólàmộthệ TGT?Hơn 50 máy vi tính bên trong (μP) nốimạngChúng ta có nên tìm hiểu nguyên lý hoạt động củachúng? 8© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 3: Vấn đề thờigianthực© 2005 - HMSBus trường có phảilàmộthệ TGT?SensorI/OControllerI/OActuatorSensorI/OActuatorI/OBus trườngTsdTinToutTadTcTsTioTaTbus 9© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 3: Vấn đề thờigianthực© 2005 - HMSTính năng thờigianthực là yêu cầuchung củahầuhếtcáchệ thống thôngtin công nghiệp! 10© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 3: Vấn đề thờigianthực© 2005 - HMSĐặc ₫iểmcủamộthệ thờigianthực Tính phản ứng: Hệ thống phảiphản ứng vớicácsựkiệnxuấthiệnvàocácthời điểmkhôngbiếttrước. Tính nhanh nhạy: Hệ thống phảixử lý thông tin mộtcách nhanh chóng để có thểđưarakếtquả phản ứngmộtcáchkịpthời. Tính ₫ồng thời: Hệ thống phảicókhả năng phản ứngvà xử lý đồng thờinhiềusự kiệndiễnra. Tính tiền ₫ịnh: Dựđoán trước đượcthờigianphản ứngtiêu biểu, thờigianphản ứng chậmnhấtcũng nhưtrình tựđưaracácphản ứng. [...]... SƠN Chương 3: Vấn đề thờigianthực © 2005 - HMS Chương 3: Nội dung 1. Khái niệm “hệ thờigianthực” 2. Xử lý thờigianthực 3. Hệ điều hành thời gian thực 4. Giao tiếpthờigianthực 5. Lập trình thời gian thực 32 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 3: Vấn đề thờigianthực © 2005 - HMS  Kiếntrúcbìnhđẳng —Cáctrạm có vai trị bình đẳng, phảiphốihợphoạt động, hình thứcgiaotiếptrựctiếpvới nhau khơng qua trung gian A A A A A Ví... đề thờigianthực © 2005 - HMS 3.3 Hệ₫iềuhànhthờigianthực  Hệđiềuhànhthờigianthựclàmộthệđiềuhànhhỗ trợ các chương trình ứng dụng xử lý thờigianthực  Hầuhếtcácbộđiềukhiểncôngnghiệp (PLC, DCS, ) đềuhoạt động trên nềnmộthệđiềuhànhthờigian thực( RTOS, Real-time Operating System)  Bảnthânhệđiềuhànhthờigianthựccũng là mộthệ thờigianthực  Mộthệđiềuhànhthờigianthựcbaogiờ cũng là một hệđa nhiệm(multitasking),... December 1996 Thờigianthựckhơngphảilàthờigiantuyệt đối Tính năng thờigianthựckhơngđồng nghĩavớitốc độ tính tốn rấtnh anh Tính năng thờigianthực= tínhchínhxác+ tính kịp thời © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 1 Hệ thống thơng tin cơng nghiệp 1/19/2006 Chương 3: Vấn ₫ề thờigianthực 10 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 3: Vấn đề thờigianthực © 2005 - HMS Đặc ₫iểmcủamộthệ thờigianthực  Tính phản ứng: Hệ thống phảiphản... SƠN Chương 3: Vấn đề thờigianthực © 2005 - HMS Các dạng của“tínhkịpthời” Thờigian Sự kiện Phản ứng t s t p T a) Chính xác tại (t = t p ) Thờigian Sự kiện Phản ứng t s t p2 T b) Trong khoảng (t p2 ≤ t ≤ t p2 ) Thờigian Sự kiện Phản ứng t s t p T c) Chậmnhất là (t ≥ t p ) t p1 Thờigian Sự kiện Phản ứng t s t p T d) Sớmnhất là (t ≥ t p ) 22 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 3: Vấn đề thờigianthực © 2005 -... người Phầnlớncáchệ thờigianthựclàcáchệ thống điều khiển 13 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 3: Vấn đề thờigianthực © 2005 - HMS Các hình thứccơ bảncủaxử lý TGT  Khả năng phản ứng đồng thờivới các sự kiện bên ngoài: Xử lý đa nhiệm  Đáp ứng yêu cầuvề thờigiancủa nhiều“tácvụ”: —Xử lý song song —Xử lý phân tán —Xử lý cạnh tranh 11 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 3: Vấn đề thờigianthực © 2005 - HMS 3.2 Xử lý thờigianthực... 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 3: Vấn đề thờigianthực © 2005 - HMS Tính năng thờigianthực là u cầu chung củahầuhếtcáchệ thống thơng tin công nghiệp! 17 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 3: Vấn đề thờigianthực © 2005 - HMS Các hình thứcxử lý ₫ồng thời  Xử lý song song: Các tác vụ (task) được phân chia thựchiện song song trên nhiềubộ xử lý  Xử lý cạnh tranh: Nhiềutácvụ chia sẻ thờigiancủa mộtbộ xử lý.  Xử lý... laxity: tỷ lệ thời gian tính tốn/thờihạncuốicùng (deadline) càng lớncàngđược ưu tiên. 8 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 3: Vấn đề thờigianthực © 2005 - HMS Bus trường có phảilàmộthệ TGT? Sensor I/O Controller I/O Actuator Sensor I/O Actuator I/O Bus trường T sd T in T out T ad T c T s T io T a T bus 16 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 3: Vấn đề thờigianthực © 2005 - HMS Phân loạitácvụ (IEC 61131-3) Mã thựcthi Tác...25 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 3: Vấn đề thờigianthực © 2005 - HMS GIAO DIỆN PHẦNCỨNG PHẦNCỨNG MÁY TÍNH QUẢNLÝ TASK QUẢNLÝ BỘ NHỚ QUẢNLÝ VÀO/RA XỬ LÝ GIAO TIẾP QUẢNLÝ SỰ KIỆN GIAO DIỆN LẬP TRÌNH ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG Cấu trúc tiêu biểucủamộthệ₫iềuhành thờigianthực 20 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 3: Vấn đề thờigianthực © 2005 - HMS Phương pháp lậplịch ... gì? Xử lý thời gian thực là hình thức xử lý thơng tin trong một hệ thống ₫ể ₫ảm bảo tính năng thời gian thực của nó. Ln liên quan vớicácsự kiện bên ngồi (tính phản ứng) u cầucaovề hiệusuấtphầnmềm (tính nhanh nhạy) Địi hỏi xử lý ₫ồng thời nhiềutácvụ (tính ₫ồng thời) Địi hỏicơ sở lý thuyếtchặtchẽ phụcvụ phân tích và đánh giá (tính tiền ₫ịnh) 34 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 3: Vấn đề thờigianthực © 2005... MINH SƠN Chương 3: Vấn đề thờigianthực © 2005 - HMS  Hỏituầntự (Polling, Scanning) —Mộttrạm đóng vai trị Master —Cơ chế hỏi/đáp tuầntự theo trình tựđặttrước — Đơngiản, tiền định —Ápdụng cho trao đổidữ liệutuầnhoàn Master Slave1 Slave2 Slave3 Message1 Response1 Message2 Response2 Message3 Response3 3 © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương 3: Vấn đề thờigianthực © 2005 - HMS 3.1 Hệ thờigianthực là gì? “A real-time . hành thời gian thực4 . Giao tiếpthờigianthực5. Lập trình thời gian thực 3© 2004, HỒNG MINH SƠNChương 3: Vấn đề thờigianthực© 2005 - HMS3.1 Hệ thờigianthực. 3: Vấn ₫ề thờigianthực 2© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 3: Vấn đề thờigianthực© 2005 - HMSChương 3: Nội dung1. Khái niệm “hệ thờigianthực”2. Xử lý thờigianthực3.