birmaga.ru
добавить свой файл

1 2 ... 33 34




Оглавление


Предисловие 4

1 Введение в системы реального времени 6

2 Автоматизированные системы управления технологическими процессами 28

3 Организация операционных систем реального времени 54

4 Стандарты на ОСРВ 79

5 Обзор ОСРВ 96

6 Микроядро ОС QNX Neutrino 156

7 Администратор процессов и управление ресурсами в ОС QNX 220

8 Контрольные работы 253

Глоссарий 261

Список литературы 263


Предисловие



В учебном пособии рассказывается о системах реального времени. Приводится определение систем реального времени и их классификация, рассматриваются основные параметры и механизмы, обеспечивающие требования реального времени. Сделан упор на обзор операционных систем реального времени.

Базовыми категориями в освоении данного курса являются понятия и концепции: построения систем реального времени, диспетчеризация потоков, установка уровней приоритетов, механизмы синхронизации и защиты от инверсии приоритетов.

Для изучения дисциплины «Системы реального времени» необходимо иметь навыки программирования на языке высокого уровня Си, освоить курсы «Операционные системы», «Архитектура и организация ЭВМ».

Учебное пособие по курсу «Системы реального времени» представлено в семи разделах.

В первом разделе вводятся определения систем реального времени, области применения и вычислительные платформы систем реального времени. Также в разделе уделено внимание обзору архитектур операционных систем реального времени и рассмотрено типичное строение системы реального времени.

Второй раздел содержит описание развития автоматизированных систем управления технологическими процессами, назначения их отдельных компонент, а также в нем представлены функциональные возможности SCADA-систем, контроллеров и технологических языков программирования.


Третий раздел включает вопросы организации операционных систем реального времени, их функциональные требования и архитектуры построения.

Стандарты на создание операционных систем реального времени рассмотрены в четвертом разделе. Раздел содержит описание стандартов SCEPTRE, POSIX, DO-178B, ARINC-653, OSEK и стандарты безопасности.

Пятый раздел содержит классификацию операционных систем реального времени в зависимости от происхождения и обзор основных функциональных возможностей конкретных операционных систем реального времени

В шестом разделе приведено описание общего представление об ОС QNX, основные характеристики микроядра ОС QNX, описание связей между процессами, вопросы сетевого взаимодействия, механизм планирования процессов и первичной обработки прерываний.

В седьмом разделе рассматривается работа администратора процессов и управление ресурсами ОС QNX. Вводится понятие администраторов ресурсов, описываются следующие ресурсы — файловые системы, инсталляционные пакеты, символьные устройства ввода/вывода, сетевая подсистема QNX, графический интерфейс пользователя, печать.

1Введение в системы реального времени




1.1Определения систем реального времени



Понятия «реальное время», «операционные системы реального времени» известны всем, но толкуются они часто по-разному, и спектр этих толкований очень широк. Количество иллюзий и мифов в мире реального времени велико. Прежде чем перейти к их рассмотрению, необходимо дать понятие определению «параллельные системы».

Программные системы, которые по своему назначению должны обрабатывать одновременные события или управлять одновременно выполняемыми операциями, инициируемыми внешними по отношению к ним программами или пользователями, являются параллельными по своей природе [1].

К параллельным системам относятся:
  • Системы реального времени (СРВ) и встроенные системы (специального назначения).


  • Обычные и распределенные операционные системы (их компоненты распределены по нескольким компьютерам).

  • Системы управления базами данных и системы обработки транзакций.

  • Распределенные сервисы прикладного уровня.

Рассмотрим первый класс параллельных систем — системы реального времени.

Английский термин «real-time» и соответствующее ему в русском языке понятие «реальное время» является наиболее спорным и сложным термином. Данное понятие применяется в различных научно-технических областях и подразумевает некие действия, продолжительность которых определяется внешними процессами.

Специфическая особенность систем реального времени заключается в том, что к ним предъявляются строгие временные требования, диктуемые окружением или определяемые их назначением [1].

Вышеприведенное определение не является единственным для понимания смысла данного понятия, приведем еще несколько определений:

  • 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].

  • Реальное время (программное обеспечение): Относится к системе или режиму работы, в котором вычисления проводятся в течение времени, определяемого внешним процессом, с целью управления или мониторинга внешнего процесса по результатам этих вычислений (IEEE 610.12-1990).

  • Системы реального времени — это системы, которые предсказуемо (в смысле времени реакции) реагируют на непредсказуемые (по времени появления) внешние события [3].

Одной из функций таких систем может быть выполнение определенных действий в ответ на сигналы тревоги, и очень важно, чтобы они отвечали на них с определенной скоростью. В связи с этим существует разделение систем реального времени на два типа:


  1. Системы с жесткими временными характеристиками — системы жесткого реального времени.

  2. Системы с нежесткими временными характеристиками — системы мягкого реального времени.

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. 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. Большинство систем жесткого реального времени являются системами контроля и управления. Такие СРВ сложны в реализации, так как для них предъявляются особые требования в вопросах безопасности.

Точного определения для мягкого реального времени не существует, поэтому отнесем сюда все СРВ, не попадающие в категорию жестких. Так как система мягкого реального времени может не успевать ВСЕ 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 обработки событий и т.п. Более того, эти критерии влияют на то, какой алгоритм планирования задач является оптимальным.

Еще одной важной характеристикой системы реального времени является ее природа — статическая или динамическая [1]. В статической системе функционирование прогнозируемо и может быть определенно на этапе проектирования. В динамической системе запросы поступают нерегулярно и непредсказуемо, но система должна динамически отвечать на них с гарантированной скоростью.

Следует отметить, что понятие «функционировать в реальном времени» отнюдь не означает очень быстро — его суть заключается в том, что к системе предъявляются определенные временные требования и они должны соблюдаться [1].


Приведем требования, сформулированные Д. Бэконом и Т. Харрисом [1], к системе реального времени:


  • Необходима поддержка выполнения отдельных задач. Одни из них, такие, как сбор данных, могут быть периодическими, другие, в том числе реакция на сигналы тревоги, — непредсказуемыми.

  • Для каждой задачи могут существовать специфические требования, в частности точно определяющие время ее выполнения.

  • Отдельные выполняемые системой задачи могут быть частью одной общей задачи — в таком случае производимые в их рамках действия должны быть четко согласованными.

По типу применения системы реального времени можно разделить на специализированные и универсальные.

Специализированной СРВ называется система, где конкретные временные требования определены. Такая система должна быть специально спроектирована для удовлетворения этих требований. Обычно такие системы применяются там, где есть риск человеческого фактора.

Универсальная СРВ должна уметь выполнять произвольные (заранее не определенные) временные задачи без применения специальной техники. Разработка таких систем, безусловно, является самой сложной задачей, хотя обычно, требования, предъявляемые к таким системам, мягче, чем требования для специализированных систем.



следующая страница >>