Лекции. Системы реального времени (2015) (all in one) (1185224)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫРЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИЛекция 1:Введение в ИУС РВКафедра АСВК,Лаборатория Вычислительных КомплексовБалашов В.В.ИУС РВСложные технические объектыуправляются распределёнными ВС2ИУС РВ• Информационно-управляющая система(ИУС) – вычислительная системаверхнего уровня, обеспечивающая:– функциональную и информационнуюинтеграцию составных частей управляемогообъекта– взаимодействие между объектом иоператором• Функционирует в реальном времени– рассчитать результат правильно и вовремя3Содержание курса• Что есть:–––––принципы функционированияархитектура аппаратной и программной частиосновные технические решенияподходы к разработке и отладкематематические задачи и методы их решения• Чего нет:––––конкретные APIподробности протоколовнаборы команд процессоров…RTFM4Где это пригодится• Области:– автоматизация производства, энергетика,наземный транспорт, авиация/космос,«умный» дом• Задачи:– проектирование, разработка, тестирование,сопровождение, модернизация• Вклад:– создание средств решения задач– решение задачОсобенность: передний край5Состав ИУСИнтерфейс оператора-индикаторы-органы управленияРегистраторыБортоваясетьДатчикиВычислителиЭффекторыУправляемая системаВнешняя среда6Функции ИУС• Контроль состояния управляемого объекта• Управление движением объекта или егочастей• Отслеживание положения объекта или егочастей в пространстве• Обмен данными с внешними системами• Управление специализированнымиприборами (прикладной нагрузкой)• Обмен данными с оператором– отображение данных– ввод данных7ИУС в управляемой системе8Устройства в составе ИУС9Прикладная нагрузка (вне ИУС)10Специфика ИУС• Работа в реальном времени– ориентация на «наихудшие» случаи• Непрерывное функционирование• Параллелизм– управлять одновременно многим• Интеграция с управляемой системой• Критичность для управляемой системы••••••– высокая цена ошибкиУстойчивость к сбоямОграниченное участие оператораПредсказуемое поведение«Экстремальные» условия работыОграничения по ресурсамКоординация между ИУС взаимодействующихобъектов11Работа в реальном времени• Реагирующая система (reactive system) –ВС, функционирующая в постоянномвзаимодействии с внешней средой иотвечающая на внешние воздействия втемпе, определяемом внешней средой• Реакция на каждое воздействие должнаукладываться в директивный срок12Градации требованийреального времени• Жёсткое (hard) РВ: нарушениеДС приводит к фатальнымпоследствиям для управляемойсистемы (управление полётом)• Промежуточный вариант (firm):нарушение ДС приводит кбесполезности результата, безфатальных последствий• Мягкое (soft) РВ: нарушение ДСприводит к постепенномуснижению ценности результата(автомобильный навигатор)13Распространённыезаблуждения• Работа в реальном времени = быстрая работа– своевременность важнее быстродействия– предсказуемость и надёжность важнее быстродействия• Рост производительности процессоров решит все проблемы среальным временем– современные высокопроизводительные процессоры быстры в«среднем» случае, а для РВ критичен наихудший случай– тонкая технология производства => ненадёжность вэкстремальных условиях– источники быстродействия современных процессоров слишкомнепредсказуемы• Бессмысленно говорить о работе в реальном времени, еслиаппаратура может дать сбой– постепенная деградация функциональности– реконфигурируемость, «сбойные» режимы• Разработка систем реального времени – чистая инженерия,здесь нет науки– вот и посмотрим…14Примеры ИУС РВ15Примеры ИУС РВ16Примеры ИУС РВ17Промышленная ИУС18Эволюция ИУС• Полностью аналоговая система• Центральный вычислитель +аналоговые устройства• Федеративная архитектура– медленные каналы связи (< 1 Мбит/с)– специализированные вычислители– локальная обработка данных• Интегрированная модульная архитектура– «облако» вычислительных модулей– быстрые каналы связи– виртуализация сетевых и вычислительных ресурсов19Неоднородность ИУС• Каналы: точка-точка, шина, коммутатор;12 kbps, 1 Mbps, 1 Gbps• Устройства: датчики, индикаторы,вычислители, органы управления,исполнительные устройства• Данные: аналоговые, цифровые; числовыемассивы, видеопотокиПроблема унаследованных устройств20ИСТРЕБИТЕЛЬ 5 ПОКОЛЕНИЯУнаследованная архитектура(4 поколение)БЦВМ №1БЦВМ №2ИндикаторРЛСБКСОптические каналы точка-точка (4+)БЦВМ №1БЦВМ №2ИндикаторРЛСБКСОптическая магистраль данных (4+)БЦВМ №1БЦВМ №2ИндикаторРЛСБКСИнтегрированная модульнаяавионика (5 поколение)ВычисленияВычисленияВычисленияВычисленияВычисленияКоммутаторВычисленияКоммуникацииКоммуникацииГрафикаГрафикаРост сложности ПО• Управляющее ПО телевизора• Экспоненциальный рост• ПО ИУС РВ – те же темпы,критичность выше26ПО БЦВМ Т-5027Информационное сопряжениевычислительных задач• Интерфейс задачи:– входные и выходные параметры• Обмен между задачами в одномблоке– синхронные зависимости по данным• Обмен по каналам передачи данных– сообщения– расписание обмена28Функционирование ИУС вреальном времени29Жизненный цикл ПО ИУСИнформационноесопряжение– тестирование на каждомуровнеТестирование,интеграция,отработка30Инструментальные средства•••••••••разработка требованийуправление версиямиотслеживание проблем и измененийподдержка сопряжения подсистем ПОпроектирование индикационных форматовпроектирование алгоритмовпостроение расписанийконфигурирование сред обмена даннымиверификация и тестирование ПО ИУС31Цепочка средствразработки бортового ПО• Сквозная поддержка ЖЦ, включаяактивности на всех фазах• Сопряжение «вход-выход» собеспечением совместимостиформатов данных• Особое внимание на переходы междуфазами– требуется фиксация выходныхартефактов32ЛогикаDOORSСАПРИФSCADEСТИDOORSExcelОписание КТDOORSExcelSCADEПланировщикзадачОППОDOORSПроектированиесистемы ИУСРазработкатребованийСредствастендаБДПИВСозданиедизайна ПОBugzillaClearCaseСТПОСАПРИнтерфейсExcelКодированиеППИИсходныйкодГенераторМКИОГенераторСАПР ИФSCADEKCGТестовыепроцедурыСредство верификации кодаСредствастендаOfficeЦепочкасредствразработкибортовогоПОПИВИсполняемыйобъектный кодРедакторсвязейbt23d-ldОтладчикbtc-gdbАнализаторМКИО/ДПК/FCТрассировщикПрограммазагрузкиверсий ПОКомпиляторbt23d-gccОтчет о КТИтоговыедокументына версиюИнтеграцияDOORSСредствастендаВерификацияВыпуск версииТестирование ИУСКажется,что-топошло нетак…34Тестирование ИУСБлок КБОМатематические задачи• Выбор оптимальной конфигурации ИУС РВ– требования реального времени– требования надёжности– ограничения по ресурсам• Построение расписания вычислений• Построение расписания обмена данными• Конфигурирование коммутируемой средыобмена данными• Верификация работы ИУС РВ (доказательная)– функциональная– временная• Генерация тестовых покрытий36Далее…• Планирование выполнения задач в ИУС РВ• Доказательство выполненноститребований РВ к выполнению задач• Оценка наихудшего времени выполненияпрограмм• Конфигурирование сред информационногообмена, доказательство выполненноститребований РВ к обмену37Спасибо за внимание!38ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫРЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИЛекция 2:Динамическое планирование вычисленийи оценка планируемости - 1Кафедра АСВК,Лаборатория Вычислительных КомплексовБалашов В.В.Fixed-Priority Scheduling (FPS)This is the most widely used approachEach task has a fixed, static, priority which iscomputer pre-run-timeThe runnable tasks are executed in the orderdetermined by their priorityIn real-time systems, the “priority” of a task isderived from its temporal requirements, not itsimportance to the correct functioning of the systemor its integrityEarliest Deadline First (EDF)The runnable tasks are executed in the orderdetermined by the absolute deadlines of the tasksThe next task to run being the one with theshortest (nearest) deadlineAlthough it is usual to know the relative deadlinesof each task (e.g.

25ms after release), the absolutedeadlines are computed at run time and hence thescheme is described as dynamicFPS v EDFFPS is easier to implement as priorities are staticEDF is dynamic and requires a more complex runtime system which will have higher overheadIt is easier to incorporate tasks without deadlinesinto FPS; giving a task an arbitrary deadline is moreartificialIt is easier to incorporate other factors into thenotion of priority than it is into the notion of deadlineFPS v EDFDuring overload situations FPS is more predictable; Low priority process misstheir deadlines first EDF is unpredictable; a domino effect can occur inwhich a large number of processes miss deadlinesBut EDF gets more out of the processor!PreemptionWith priority-based scheduling, a high-priority task may bereleased during the execution of a lower priority oneIn a preemptive scheme, there will be an immediate switchto the higher-priority taskWith non-preemption, the lower-priority task will be allowedto complete before the other executesPreemptive schemes enable higher-priority tasks to bemore reactive, and hence they are preferredScheduling CharacteristicsSufficient – pass the test will meet deadlinesNecessary – fail the test will miss deadlinesExact – necessary and sufficientSustainable – system stays schedulable ifconditions ‘improve’Simple Task ModelThe application is assumed to consist of a fixed set of tasksAll tasks are periodic, with known periodsThe tasks are completely independent of each otherAll system's overheads, context-switching times and so onare ignored (i.e, assumed to have zero cost)All tasks have a deadline equal to their period (that is, eachtask must complete before it is next released)All tasks have a fixed worst-case execution timeStandard NotationBCDINPRTUWorst-case blocking time for the task (if applicable)Worst-case computation time (WCET) of the taskDeadline of the taskThe interference time of the taskNumber of tasks in the systemPriority assigned to the task (if applicable)Worst-case response time of the taskMinimum time between task releases, jobs, (task period)The utilization of each task (equal to C/T)Rate Monotonic Priority AssignmentEach task is assigned a (unique) priority based on itsperiod; the shorter the period, the higher the priorityi.e, for two tasks i and j,T i  T j  Pi  P jThis assignment is optimal in the sense that if any taskset can be scheduled (using pre-emptive priority-basedscheduling) with a fixed-priority assignment scheme,then the given task set can also be scheduled with arate monotonic assignment schemeNote, priority 1 is the lowest (least) priorityExample Priority AssignmentProcessabcdePeriod, T25604210575Priority, P53412Response Time Equation Ri Ri  Ci    C jjhp ( i ) T jWhere hp(i) is the set of tasks with priority higher than task iSolve by forming a recurrence relationship:win 1 win  Ci   Cjjhp ( i ) Tj 012nw,w,w,...,wThe set of values i i ii ,..

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций