Системи реального часу

Системи програмування, емулятори апаратних засобів. Інтерфейс людина-машина.

Системи автоматизованого проектування (САПР).

Методи та засоби аналізу і моделювання систем управління.

Програмні засоби в системах управління.

Вимоги до програмного забезпечення, принципи функціонування. Особливості режиму реальний час, багатозадачний режим, управління апаратними засобами. Операційні системи реального часу.

Надійність програмних засобів. Надійність, способи її підвищення. Захист даних.

Моделювання систем. Основи моделювання, терміни, поняття. Обчислювальний експеримент. Точність та основні джерела похибок.

Комп’ютерні системи для проведення математичних розрахунків. Загальна характеристика математичних пакетів. Системи чисельної математики, особливості пакету MATLAB/Simulink/Stateflow. Системи символьної математики, особливості пакету Maple. Пакет LabView, його особливості.

Чисельні методи. Загальні поняття. Обчислення визначеного інтеграла, вирішення задачі Коші, методи Монте-Карло.

Загальні відомості про САПР. Визначення, принципи роботи, різновиди.

Огляд існуючих пакетів. P-CAD. Пакети для автоматизованої розробки механічних систем (AutoCAD, Компас, Inventor), радіоелектронних пристроїв (P-CAD, OrCAD), електротехнічних систем та систем автоматизації (Eplan). Пакет P-CAD.

Системи програмування. Системи програмування, емулятори, інтегровані пакети.

Інтерфейс людина-машина. Інтерфейс людина-машина як елемент системи керування. Психологічні моделі. Фізіологія і пізнання. Людина в складній системі.

РОЗДІЛ 1. ПРОГРАМНІ ЗАСОБИ В СИСТЕМАХ УПРАВЛІННЯ

1.1. Вимоги до програмного забезпечення, принципи функціонування

Важливою вимогою до програмних засобів, що працюють в різноманітних системах управління, є здатність роботи в режимі реального часу (realtime). Розглянемо найважливіші особливості систем реального часу [1].

У літературі зустрічається досить велика кількість визначень цього поняття, але головні риси систем реального часу (СРЧ) можуть бути визначені як комбінація наступних двох визначень:

1. Система називається системою реального часу, якщо правильність її функціонування залежить не тільки від логічної коректності обчислень, але і від часу, за який ці обчислення виробляються. Тобто для подій, що відбуваються в такій системі, те, КОЛИ ці події відбуваються, так само важливо, як логічна коректність самих подій.

2. Реальний час (програмне забезпечення) (ІEEE 610.12 – 1990): Відноситься до системи або режиму роботи, у якому обчислення проводяться протягом часу, обумовленого зовнішнім процесом, з метою керування або моніторингу зовнішнього процесу за результатами цих обчислень.

Обидва ці вирази підкреслюють головну вимогу до СРЧ – ці системи повинні виконувати свої операції вчасно. Шляхи виконання цієї вимоги вказуються ще одним визначенням:

Системи реального часу – це системи, що передбачувано (у сенсі часу реакції) реагують на непередбачувані (за часом появи) зовнішні події.

З цього визначення випливає головна властивість систем реального часу: передбачуваність або детермінованість. Тільки завдяки цій властивості розроблювач може гарантувати функціональність і коректність спроектованої системи. При цьому власне швидкість реакції системи важлива тільки щодо швидкості протікання зовнішніх процесів, за якими СРЧ повинна стежити або якими повинна керувати.

З приведених визначень випливає, що СРЧ покликані вирішувати задачі, у яких важливі не тільки правильність рішення, але і строки, у які ці рішення приймаються. У закордонній літературі строк, у межах якого повинне бути прийняте рішення, називається deadlіne, що може бути переведене як критичний строк обслуговування. Якщо невиконання задачі в критичний строк обслуговування означає, що вона взагалі не була виконана, то такі задачі називають задачами жорсткого реального часу. У більшості випадків про задачі жорсткого реального часу говорять тоді, коли порушення строків критичного обслуговування може нанести значний матеріальний або фізичний збиток. До задач м’якого реального часу відносять випадки, коли порушення критичного часу обслуговування веде до неприємних, але припустимих наслідків (наприклад, вимагає додаткової обробки).

СРЧ у більшості випадків вирішують комбінацію задач жорсткого і м’якого реального часу, а також задач, що не мають критичного строку обслуговування. Іноді задача може переводити зі статусу м’якого реального часу при пропуску деякого строку обслуговування в статус задачі жорсткого реального часу через призначення критичного строку обслуговування.

Якщо СРЧ будується як апаратно-програмний комплекс, то, у загальному вигляді, вона може бути представлена як комбінація трьох компонентів (таблиця 1): прикладне програмне забезпечення, операційна система реального часу (ОСРЧ) і апаратне забезпечення. При розробці СРЧ необхідний ретельний аналіз відповідності характеристик цих трьох компонентів вимогам зовнішнього об’єкта, для керування або моніторингу яким ця СРЧ призначена. Проведення такого аналізу вимагає, щоб часові характеристики всіх компонентів системи були добре прогнозованими.

У цілому ряді задач автоматизації програмні комплекси повинні працювати як складова частина більш великих автоматичних систем без особистої участі людини. У таких випадках СРЧ називають вбудовуваними. Наведемо одне з визначень таких систем: вбудовувані системи (embedded systems) можна визначити як програмне й апаратне забезпечення, що являється компонентом іншої, більшої системи і працює без втручання людини.

Таблиця 1. Компоненти системи реального часу

Прикладне програмне забезпечення	Потоки	Диспетчеризація
Міжпотокова взаємодія
Операційна система реального часу	АРІ	Обробка переривання
Захист від інверсії пріоритетів	Управління потоками
І/О	Управління пам’яттю
Апаратне забезпечення	CPU	Кеш	Пристрої

Апаратну частину СРЧ, на якій виконується ОСРЧ і прикладне програмне забезпечення, прийнято називати цільовою (target) платформою. У зв’язку з можливою специфічністю цільової платформи, особливо у випадку вбудовуваних систем, розробка прикладних програм може проводитися на іншій апаратурі і навіть, у деяких випадках, на інший ОС, а налагодження кінцевих програм виконується або віддалено за допомогою спеціальних інструментальних засобів, або за допомогою емуляції роботи цільової ОС.

Далі розглянемо другий компонент систем реального часу, а саме – операційні системи реального часу.

Дата добавления: 2014-01-07