Youtube.com/Poppinkhiem HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN - - BÀI THI CUỐI KÌ XÂY DỰNG CÁC HỆ THỐNG NHÚNG Hà Nội, 5/2021 Youtube.com/Poppinkhiem I Đề A Nêu đặc tả hệ thời gian thực: Để thỏa mãn tiêu chí thời gian thực, hệ thống cần hồn thành công việc, tác vụ khoảng thời gian cho phép (deadline) Khoảng thời gian 1ns hàng vài phút Một hệ thống thời gian thực có đặc điểm tiêu biểu sau: * Tính bị động: Hệ thống phải phản ứng với kiện xuất vào thời điểm thường khơng biết trước Ví dụ, vượt ngưỡng giá trị đo, thay đổi trạng thái thiết bị trình phải dẫn đến phản ứng điều khiển * Tính nhanh nhạy: Hệ thống phải xử lý thông tin cách nhanh chóng để đưa kết phản ứng cách kịp thời Tuy tính nhanh nhạy đặc điểm tiêu biểu, hệ thống có tính thời gian thực khơng thiết phải có đáp ứng thật nhanh mà quan trọng phải có phản ứng kịp thời yêu cầu, tác động bên ngồi * Tính đồng thời: Hệ thống phải có khả phản ứng xử lý đồng thời nhiều kiện diễn Có thể, lúc điều khiển yêu cầu thực nhiều vòng điều chỉnh, giám sát ngưỡng giá trị nhiều đầu vào, cảnh giới trạng thái làm việc số động * Tính tiền định: Dự đốn trước thời gian phản ứng tiêu biểu, thời gian phản ứng chậm trình tự đưa phản ứng Nếu điều khiển phải xử lý đồng thời nhiều nhiệm vụ, ta phải tham gia định trình tự thực cơng việc đánh giá thời gian xử lý cơng việc Như người sử dụng có sở để đánh giá khả đáp ứng tính thời gian thực hệ thống B Thế định thời hệ thời gian thực? Bộ định thời loại đồng hồ chuyên dụng sử dụng để đo khoảng thời gian Định thời khung thời gian thực ấn định cho xử lý phải hoàn thành Một định thời đếm từ trở lên để đo thời gian trôi qua thường gọi đồng hồ bấm Nó thiết bị đếm ngược từ khoảng thời gian cụ thể sử dụng để tạo độ trễ thời gian, ví dụ: đồng hồ cát đếm thời gian Bộ giám sát định thời (watchdog timer) đồng hồ thời gian cứng (dùng đếm điện tử) với ứng dụng sau đây: + Làm đồng hồ thời gian thực cho hệ thống Youtube.com/Poppinkhiem + Khởi động/khởi động lại kiện sau thời gian đặt trước + Tạo khung cửa sổ thời gian cho kiện + Phân giải khoản thời gian hai kiện Bộ phận giám sát, hay đồng hồ thời gian mềm (lập giá trị đếm cho biến chương trình), thao tác tăng/giảm giá trị đếm thực lệnh máy, phụ thuộc vào CPU clock (mỗi loại CPU có clock khác nhau) C Thế hệ thống nhúng thời gian thực? Một hệ thống có khả thực thời gian thực nghĩa hệ thống phải thực chức khoảng thời gian xác định nhỏ chấp nhận Khi đáp ứng yêu cầu này, hệ thống gọi hệ thống thời gian thực Các hệ thống phải có khả đáp ứng tín hiệu ngõ vào kiện giới hạn khoảng thời gian bắt buộc Cho nên hệ thống trả kết mà phải nhanh đáp ứng yêu cầu tốc độ hệ thống Trong hệ thống thời gian thực, tốc độ quan trọng không độ xác Có loại thời gian thực: thời gian thực cứng thời gian thực mềm Đối với hệ thống thời gian thực cứng, tất chức phải thực thi xác khoảng thời gian xác định, không hệ thống bị lỗi nghiêm trọng Ví dụ: hệ thống điều khiển khơng lưu.Đối với hệ thống thời gian thực mềm, chức phải thực khoảng thời gian xác định nhỏ không bắt buộc D Mô tả băng hinh vẽ nguyên lí xử lí quản lí kiện thời gian thực Xử lý thời gian thực hình thức xử lý thông tin hệ thống để đảm bảo tính thời gian thực Như vậy, xử lý thời gian thực có đặc điểm tiêu biểu nêu tính bị động, tính nhanh nhạy, tính đồng thời tính tiền định Để phản ứng với nhiều kiện diễn lúc, hệ thống xử lý thời gian thực sử dụng q trình tính tốn đồng thời Youtube.com/Poppinkhiem Q trình tính tốn tiến trình thực một phần chương trình hệ điều hành quản lý máy tính, tồn đồng thời với trình khác kể thời gian thực lệnh thời gian xếp hàng chờ đợi thực Các hình thức tổ chức q trình tính tốn đồng thời: * Xử lý cạnh tranh * Xử lý song song * Xử lý phân tán Trong hình thức hình thức xử lý cạnh tranh có vai trị chủ chốt Mặc dù hệ thống điều khiển có nhiều trạm, trạm hệ đa vi xử lý, số lượng trình tính tốn cần thực thường lớn số lượng vi xử lý Trong vi xử lý thực song song nhiều lệnh, phải phân chia thời gian để thực xen kẽ nhiều nhiệm vụ khác theo thứ tự tùy theo mức ưu tiên phương pháp lập lịch Trong hệ thống điều khiển, khái niệm tác vụ (task) hay sử dụng bên cạnh q trình tính tốn Có thể nói, tác vụ nhiệm vụ xử lý thơng tin hệ thống, thực theo chế tuần hoàn (periodic task) theo kiện (event task) Các dạng tác vụ qui định chuẩn IEC 61131-3 (Programmable Controllers – Part3: Programming Languages) minh họa hình Ví dụ, tác vụ thực nhiệm vụ điều khiển cho nhiều mạch vịng kín có chu kỳ trích mẫu giống Hoặc, tác vụ thực nhiệm vụ điều khiển logic, điều khiển trình tự theo kiện xảy Tác vụ thực dạng q trình tính tốn nhất, dãy q trình tính tốn khác II Đề 2: A Đây mơ hình ngun lí hoạt động định thời Hãy giải thích cách hoạt động ? Youtube.com/Poppinkhiem Bộ hẹn quan giám sát có giai đoạn hẹn nhất, hết thời gian, thường đặt lại CPU Watchdog đếm, đếm số đạt đến giá trị định Watch timer có đầu nối vào chân RESET CPU Ban đầu định thời nạp giá trị thời gian T, sau T đơn vị thời gian phần mềm vịng lặp khơng kết thúc, đầu định thời kích hoạt RESET, khởi động lại hệ thống Nếu vòng lặp kết thúc với trạng thái bình thường, watchdog timer nạp lại giá trị(khởi động lại watchdog) cho chu kì Trong trường hợp phần mềm bị mắc kẹt vào vịng lặp vơ tận, hệ thống khơng thể khởi động quan giám sát đếm đạt đến giá trị định thiết lập lại hệ thống Cơ quan giám sát ban đầu tải với giá trị định Giá trị tính tốn dựa thời gian chờ quan giám sát Dựa lần tăng đếm nội quan giám sát đánh dấu đồng hồ Sau đó, có so sánh so sánh giá trị đếm với giá trị đếm tải (giá trị thời gian chờ) số lượng khớp với phần cứng quan giám sát tạo đặt lại tín hiệu B Giả định viết phần mềm vịng lặp xử lí với tác vụ khung thời gian 40 µs a Mỗi tác vụ khác biệt thực thi "main loop", kết thúc hoàn hảo, đặt cờ trạng thái lên (Flagi set= TRUE) Tất main loop thực tối đa 50µs Sau vịng cuối đoạn mã kiểm tra Định thời nạp lại giá trị khởi động loop chạy lại b Nếu tất Flags True, khởi động chu kì watchdog mới(55µs), Flags= FALSE, ghi nhận cố đặt tất Flags=FALSE, watchdog không khởi động lại(kick the dog) thời gian 55µs, đầu đếm watchdog kích hoạt RESET hệ thống c Đoạn mã If (all flag are OK) { Call(Reset Twd); //Hệ hoạt động bình thường, //đặt giá trị 55 micro giây co watchdog Jmp mainloop; //Trở chu kì mới; } else //nếu thực đoạn code có nghĩa //counter vượt 55 giây ấn định xung đầu RESET CPU { Log eror; //Record failure Youtube.com/Poppinkhiem } Reset System; //WD reset CPU Dưới giải thuật với định thời watchdog Twd>Ttask => Ttask thời gian thực tác vụ vòng lặp Twd thời gian nạp cho chu kì,nếu vịng lặp kết thúc với thời gian lớn Twd đầu watchdog timer kích hoạt RESET, khởi động lại hệ thống Một hard deadline nên đáp ứng Nếu hard deadline bị bỏ lỡ hệ thống khơng u cầu phương pháp để đảm bảo thời hạn đáp ứng Hệ thống thời gian thực cứng hệ thống tất tới hạn khó Cách sử dụng: Khi máy tính phần hệ thống thời gian thực cứng, tất phần mềm chạy điều chỉnh để đáp ứng thời hạn tất hệ thống kiểm sốt Một soft deadline bỏ qua Hệ thống thời gian thực mềm hệ thống thời gian thực số thời hạn coi nhẹ ví dụ: thiết bị chuyển mạch điện thoại,ứng dụng đa phương tiện III Đề Khi ghép với thiết bị mà thiết bị cần thời gian để hồn thành xử lý q trình ghép nối, CPU cần có ghi nhận trạng thái sẵn sàng thiết bị để đánh giá đưa định Quá trình kiểm tra trạng thái phải thực vài lần trước định tiếp tục hay từ bỏ trao đổi liệu với thiết bị Để kiểm tra, thiết bị trơi chảy thực hiện, hỏng thiết bị khơng đợi sẵn sàng được,chu trình phải kết thúc Qui tắc có điều kiện hay móc nối Cần cổng: cổng để đọc trạng thái thiết bị, cổng để xác định liệu vào hay Trạng thái thông thường mức độ đơn giản cần bit để thực Có nhiều trường hợp trạng thái vài bit - Cần CS0/ để đọc trạng thái READY thiết bị port_status, giả điịnh nối vào D0 bit liệu Các bước thực - CPU đưa địa port_status BUS địa chỉ, vào giải mã, tạo CS0, đọc STATUS Giá trị bit READY D0 Youtube.com/Poppinkhiem - Cần CS1/ để đọc liệu qua port_in hợp thành từ Flip/fop, cổng state, nối vào bit D0 BUS liệu - CPU kiểm tra giá trị READY - Nếu READY=0, quay lại đọc STATUS - Nếu READY=1, CPU đọc liệu vào ACC - Thực lệnh cất liệu vào RAM Lưu đồ điều khiển: START routine: C2=n2 C =0? C=n1 Đọc STATUS Port_status C = C-1 READY? D0=1 Đọc liệu Port_in, Chuyển liệu cũ vào RAM C2=C2-1 C … số đếm lần kiểm tra trạng thái t/b C2… Số byte trao đổi với t/b C2=0 Kết thúc Youtube.com/Poppinkhiem IV Đề Nêu kịch khởi động chạy phần mềm RAM sau mã copy từ ROM vào RAM: Ở kịch này, boot loader chuyển chương trình nhỏ từ ROM vào RAM kích hoạt chạy Thường mã chương trình hệ thống ROM lớn mà ghi kiểu nén để nạp vừa ROM, nên boot loader phải gỉai nén trước khởi động phần mã cần khơng gian nhớ RAM để thực 1) - đến 6) giống Môi trường làm việc cho loader khởi động RAM (3, 4, 5) 7) Loader copy phần mã nén image vào RAM 8) –> 10) Copy phần mã giải nén vào vùng làm việc tạm RAM (8, 9, 10) Hoàn tất giải nén image Image RAM hình đoạn Final Boot image 10) … 11) Loader chuyển điều khiển cho image lệnh JMP vào text (nạp cho IP địa trước JMP tới đó) 12) Vùng RAM mà loader chiếm copy từ ROM tái sử dụng, SP tái khởi động để trỏ vào dùng ngăn xếp cho chương trình Vung RAM để giải nén giải phóng để sử dụng khác Hệ thống vào hoạt động Youtube.com/Poppinkhiem GOD WILLS IT DO NOT COPY WITHOUT PERMISSION ... Thế hệ thống nhúng thời gian thực? Một hệ thống có khả thực thời gian thực nghĩa hệ thống phải thực chức khoảng thời gian xác định nhỏ chấp nhận Khi đáp ứng yêu cầu này, hệ thống gọi hệ thống. .. gian thực Các hệ thống phải có khả đáp ứng tín hiệu ngõ vào kiện giới hạn khoảng thời gian bắt buộc Cho nên hệ thống trả kết mà phải nhanh đáp ứng yêu cầu tốc độ hệ thống Trong hệ thống thời... mềm Đối với hệ thống thời gian thực cứng, tất chức phải thực thi xác khoảng thời gian xác định, không hệ thống bị lỗi nghiêm trọng Ví dụ: hệ thống điều khiển không lưu.Đối với hệ thống thời gian