Bài giảng Hệ thống thông tin công nghiệp - Chương 3: Vấn đề thời gian thực - Hoàng Minh Sơn
Chương 3: Nội dung
1. Khái niệm “hệ thời gian thực”
2. Xử lý thời gian thực
3. Hệ điều hành thời gian thực
4. Giao t
5. Lập trình thời gian thực
2
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
3.1 Hệ thời gian thực 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 at
which the results are produced,...”
Một hệ thời gian thực là một hệ thống mà sự hoạt ₫ộng tin cậy của
nó không chỉ phụ thuộc vào sự chính xác của kết quả, mà còn phụ
thuộc vào thời ₫iểm ₫ưa ra kết quả ₫ể phản ứng với sự kiện bên
ngoài. Hệ thống có lỗi khi thời gian yêu cầu không ₫ược thoả mãn.
JOHN A. STANKOVIC ET AL.: Strategic Directions in Real-Time and Embedded
Systems. ACM Computing Surveys, Vol. 28, No. 4, December 1996
Tính năng thời gian thực không đồng nghĩa với tốc độ
tính toán rất nhanh
Tính năng thời gian thực = tính chính xác + tính kịp
thời
3
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
Các dạng của “tính kịp thời”
Sự kiện Phản ứng
Sự kiện Phản ứng
T
T
Thời gian
Thời gian
tp1 tp2
tp
ts
ts
tp2 ≤ t ≤ tp2 )
a) Chính p
Sự kiện Phản ứng
T
T
Thời gian
ts
tp
ts
tp
c) Chậm nhất là ... (t ≥ tp)
d) Sớm nhất là ... (t ≥ tp)
4
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
Mỗi hệ thống điều khiển là một hệ thời gian thực
Chất lượng điều khiển không chỉ phụ thuộc vào thuật
toán điều khiển, mà còn phụ thuộc vào khả năng phản
ứng của hệ thống, thời điểm đọc tín hiệu đầu vào (tín
hiệu đo), vào thời gian tính toán luật điều khiển và thời
điểm đưa ra tín hiệu điều khiển
Tính thuộc cả
vào phần cứng và phần mềm và vào kiến trúc hệ thống
tổ chức thực hiện chương trình
Tính ính mạng
con người
Phần lớn các hệ thời gian thực là các hệ thống điều
khiển
5
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
Hai dạng hệ thống TGT tiêu biểu
1. Hệ thống nhúng (Embedded Systems)
— Các hệ thống điều khiển chuyên dụng, đặc chủng cho
các thiết bị, máy móc đơn lẻ
— Máy tính điều khiển là một phần không tách rời của
thiết bị được điều khiển
— Dựa trên nền vi xử lý, nhân thời gian thực, hệ điều hành
thời g
— Ví dụ ứng dụng: công nghiệp hàng không-vũ trụ, robot
công nghiệp, phương tiện giao thông, ...
Systems)
— Distributed Control Systems (DCS), Programmable Logic
Cont
— Các hệ thống điều khiển phân cấp, phân tán
— Ứng dụng trong CN chế biến, CN chế tạo
6
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
Chiếc xe hơi có là một hệ TGT?
Hơn 50 máy vi tính bên trong (μP) nối mạng
Chúng ta có nên tìm hiểu nguyên lý hoạt động của
chúng?
7
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
Bus trường có phải là một hệ TGT?
Controller
Tc
Tbus
Bus trường
Tin
Tout
Tio
I/O
I/O
I/O
I/O
d
Actuator
Actuator
Ta
Sensor
Sensor
Ts
8
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
Tính năng thời gian thực là yêu cầu
chung của hầu hết các hệ thống thông
tin công nghiệp!
9
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
Tính phản ứng: Hệ thống phải phản ứng với các sự
kiện xuất hiện vào các thời điểm không biết trước.
Tính nhanh nhạy: Hệ thống phải xử lý thông tin một
cách nhanh chóng để có thể đưa ra kết quả phản ứng
một cách kịp thời.
Tính ₫ồng thời: Hệ thống phải có khả năng phản ứng
và xử lý đồng thời nhiều sự kiện diễn ra.
trình tự đưa ra các phản ứng.
10
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
3.2 Xử lý thời gian thực là gì?
Xử lý thời gian thực là hình thức xử lý thông tin trong
một hệ thống ₫ể ₫ảm bảo tính năng thời gian thực của
nó.
Luôn liên quan với các sự kiện bên ngoài (tính phản
ứng)
Đòi hỏi ân tích và
đánh giá (tính tiền ₫ịnh)
11
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
Tại sao phải nghiên cứu về xử lý TGT?
Xử lý thời gian thực là nguyên lý làm việc cơ bản của
mỗi hệ thống điều khiển và của mỗi hệ thống thông
tin công nghiệp, nhìn từ quan điểm tin học
Chất lượng điều khiển và độ tin cậy của hệ thống điều
khiển kiều khiển,
công nghệ phần cứng, mà còn phụ thuộc một cách tất
yếu vào phương pháp xử lý thời gian thực
12
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
Khả năng phản ứng đồng thời với các sự kiện bên
ngoài: Xử lý đa nhiệm
Đáp ứng yêu cầu về thời gian của nhiều “tác vụ”:
— Xử lý song song
— Xử lý phân tán
— Xử lý
13
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
Tác vụ và xử lý ₫a nhiệm
Một quá trình tính toán cho một nhiệm vụ cụ thể, có
thể được thực hiện đồng thời, ví dụ:
— Các tác vụ xử lý giá trị vào/ra
— Các tác vụ điều chỉnh
— Các tác vụ điều khiển logic
— Các tác vụ xử lý biến cố
— ...
phần chương trình
— Một đoạn mã chương trình (ví dụ một hàm) được gọi tuần
hoàn ụ khác
nhau
Multitasking (đa nhiệm): khả năng thi hành đồng thời
nhiều tác vụ
14
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
Các trạng thái của một tác vụ
Trạng thái nghỉ, chưa tồn tại (Dormant,
Nonexistence): Task trong bộ nhớ nhưng
hệ điều hành không quản lý.
Trạng thái sẵn sàng (Ready state): Khi
nó có thể được điều hoạt nhưng hiện
đang có một Task khác có mức ưu tiên
hiện.
Trạng thái chạy (Running state): Khi nó
sẵn sàng như một sự kiện vào/ra, khi
tài nguyên chung có thể sử dụng hay là
khi có các ngắt thời gian.
DORMANT
WAITING
READY
RUNNING
15
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
Các hình thức xử lý ₫ồng thời
Xử lý song song: Các tác vụ (task) được phân chia
thực hiện song song trên nhiều bộ xử lý
Xử lý cạnh tranh: Nhiều tác vụ chia sẻ thời gian của
một bộ xử lý.
Xử lý phân tán: Mỗi (nhóm) tác vụ được thực hiện
riêng biệt của xử
lý song song).
Xử lìnhất trong
các hệ thống điều khiển (có thể kết hợp với xử lý
phân tán)
17
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
Xử lý cạnh tranh
Các vấn đề:
— Tổ chức, lập lịch phân
chia tài nguyên cho các
— Giao tiếp giữa các tác vụ
vụ
18
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
Phương pháp lập lịch
Vấn đề:
— Bên cạnh hiệu năng của phần cứng máy tính, thì
phương pháp lập lịch có ảnh hưởng lớn tới tính năng
thời gian thực của hệ thống
— Cần sự thỏa hiệp giữa tính năng thời gian thực và
hiệu suất sử dụng tài nguyên máy tính
Cơ chế lập lịch
trước khi hệ thống đi vào hoạt động.
trong khi hệ thống đang hoạt động.
19
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
Phương pháp lập lịch
Sách lược lập lịch
— FIFO: đến trước sẽ được thực hiện trước.
— Non-preemptive: không chen hàng, các tác vụ được thực
hiện bình thường dựa trên mức ưu tiên của chúng.
— Preemptive: chen hàng, chọn một tác vụ để thực hiện
trước các tác vụ khác.
— Rounưu tiên như
nhau được thực hiện một số “lát thời gian”
ưu tiên cố định hoặc có thể thay đổi nếu cần.
Thuật toán lập lịch
— Rate monotonic: càng thường xuyên càng được ưu tiên.
— Deadline monotonic: càng gấp càng được ưu tiên.
— Least laxity: tỷ lệ thời gian tính toán/thời hạn cuối cùng
(deadline) càng lớn càng được ưu tiên.
20
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
Tải về để xem bản đầy đủ
38 trang
17980
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Hệ thống thông tin công nghiệp - Chương 3: Vấn đề thời gian thực - Hoàng Minh Sơn", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_he_thong_thong_tin_cong_nghiep_chuong_3_van_de_tho.pdf
