Системы реального времени

Если попытаться дать короткое определение, то

1. Система называется системой реального времени, если правильность ее функционирования зависит не только от логической корректности вычислений, но и от времени, за которое эти вычисления производятся.

То есть для событий, происходящих в такой системе, то, когда эти события происходят, так же важно, как логическая корректность самих событий.

2. Говорят, что система работает в реальном времени, если ее быстродействие адекватно скорости протекания физических процессов на объектах контроля или управления.

Так как окружающий нас мир весьма многообразен, здесь уместно добавить, что имеются в виду именно те процессы, которые непосредственно связаны с функциями, выполняемыми конкретной системой реального времени.

То есть система управления должна

- собрать данные,

- произвести их обработку в соответствии с заданными алгоритмами и

- выдать управляющие воздействия за такой промежуток времени, который обеспечивает успешное решение поставленных перед системой задач.

Из приведенных определений следует несколько интересных выводов.

Во-первых, практически все системы промышленной автоматизации являются системами реального времени.

Во-вторых, принадлежность системы к классу систем реального времени никак не связана с ее быстродействием.

Например, если система предназначена для контроля уровня грунтовых вод, то даже выполняя измерения с периодичностью один раз за полчаса, она будет работать в реальном времени.

Исходные требования к времени реакции системы и другим временным параметрам определяются или

- техническим заданием на систему,

- или просто логикой ее функционирования.

Например, шахматная программа, думающая над каждым ходом более года, работает явно не в реальном времени, так как шахматист скорее всего не доживет до конца партии.

Однако точное определение "приемлемого времени реакции" не всегда является простой задачей, а в системах, где одним из звеньев служит человек, подвержено влиянию субъективных факторов.

Интуитивно понятно, что быстродействие системы реального времени должно быть тем больше, чем больше скорость протекания процессов на объекте контроля и управления.

Чтобы оценить необходимое быстродействие для систем, имеющих дело со стационарными процессами, часто используют теорему Котельникова, из которой следует, что частота дискретизации сигналов должна быть как минимум в 2 раза выше граничной частоты их спектра.

При работе с широкополосными по своей природе переходными процессами (транзиент-анализ) часто применяют быстродействующие АЦП с буферной памятью, куда с необходимой скоростью записывается реализация сигнала, которая затем анализируется и/или регистрируется вычислительной системой.

При этом требуется закончить всю необходимую обработку до следующего переходного процесса, иначе информация будет потеряна.

Подобные системы иногда называют системами квазиреального времени.

Принято различать системы "жесткого" и "мягкого" реального времени.

1. Системой "жесткого" реального времени называется система, где неспособность обеспечить реакцию на какие-либо события в заданное время является отказом и ведет к невозможности решения поставленной задачи.

Последствия таких отказов могут быть разные.

Многие теоретики ставят здесь точку, из чего следует, что время реакции в "жестких" системах может составлять и секунды, и часы, и недели.

Однако большинство практиков считают, что время реакции в системах "жесткого" реального времени должно быть все-таки минимальным.

Так и будем считать.

Разумеется, однозначного мнения о том, какое время реакции свойственно "жестким" системам, нет.

Более того, с увеличением быстродействия микропроцессоров это время имеет тенденцию к уменьшению, и если раньше в качестве границы называлось значение 1 мс, то сейчас, как правило, называется время порядка 100 мкс.

2. Точного определения для "мягкого" реального времени не существует, поэтому будем считать, что сюда относятся все системы реального времени, не попадающие в категорию "жестких".

Так как система "мягкого" реального времени может не успевать всё делать всегда в заданное время, возникает проблема определения критериев успешности (нормальности) ее функционирования.

Вопрос этот совсем не простой, так как в зависимости от функций системы это может быть

- максимальная задержка в выполнении каких либо операций,

- средняя своевременность отработки событий и т.п.

Более того, эти критерии влияют на то, какой алгоритм планирования задач является оптимальным.

Вообще говоря, системы "мягкого" реального времени проработаны теоретически далеко не до конца.

Дата добавления: 2014-01-05