45445

Классификация приложений систем РВ. Надежность в СРВ. Проектирование жестких систем реального времени. Архитектуры жестких систем реального времени

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Проектирование жестких систем реального времени. Архитектуры жестких систем реального времени. Главной особенностью систем реального времени является обеспечение предсказуемости которая позволяет реализовать приложения. В один из моментов времени задача перейдет в состояние не описанного в системе.

Русский

2013-11-17

118.5 KB

5 чел.

Классификация приложений систем РВ. Надежность в СРВ. Проектирование жестких систем реального времени. Архитектуры жестких систем реального времени.

Классификация приложений СРВ. ЕТ - приложения и ТТ – приложения.

Главной особенностью систем реального времени является обеспечение предсказуемости, которая позволяет реализовать приложения. В один из моментов времени задача перейдет в состояние не описанного в системе. При построении системы РВ необходимо знать какая ситуация будет выполнена в ближайшие 2 состояния.

Для обеспечения предсказуемости существует две парадигмы приложений:

1. Архитектура приложений, функционирующая по событию (ЕТ)

2. Архитектура приложений, функционирующая по времени (ТТ)

ЕТ – любая деятельность системы начинается в ответ на возникающее специфическое событие. Вид события определяется автоматизированной системой, в которой она реализуется. Предсказуемость достигается следующими способами:

1. Использование стратегии оценки каждой прикладной задачи:

а) оценивается потребность исполняемой задачи в текущий момент времени;

б) проверяется время предыдущего запуска данной задачи, если эффект от невыполнения задачи отрицателен, то задача выполняется в любом случае.

2. Оценка потребности ресурсов для данной задачи. Если ресурсы допустимые, то задача выполняется.

3. Оценка готовности ресурсов для удовлетворения потребности задач. Если ресурсы готовы, то задача выполняется.

Достоинства:

  1.  Управляемость со стороны системы
  2.  Независимость от времени

Недостатки:

  1.  Сложность алгоритмов оценки
  2.  Отсутствие возможности синхронизации событий на разных узлах

ТТ – деятельность системы начинается в определенный заданный момент глобально синхронизованного времени. Предсказуемость достигается путем приведения всех задач к периодическим с использованием алгоритма планирования. Для данного типа задач создаются метазадачи, функцией которых является обработка соответственного типа задач.

Достоинства:

  1.  На всех узлах, задачи исполняются по синхронизированному времени
  2.  Таблица задач является фиксированной и для нее можно произвести моделирование на возможность функционирования в режиме реального времени

Недостатки:

  1.  Слабая управляемость процессом исполнения задач

Надежность в СРВ.

Надежность в СРВ связана с реализацией систем с жестким РВ. К ним предъявляют следующие требования:

1. Функциональные – связаны с реализацией задач системы. Любая система должна удовлетворять предъявляемым требованиям.

2. Нефункциональные – это параметры определяются средой исполнения системы.

Выделяют:

2.1. Надежность:

а) собственно надежность, т.е. отказоустойчивость системы на протяжении определенного времени. Обеспечивается техническими средствами (дублирование функций, дублирование среды передачи, передача методом запрос/ответ).

б) Доступность и безопасность – к системе должен быть организован именованный доступ, позволяющий определить «своего» и «чужого», а также внешнее обеспечение безопасности.

в) Сохранность – включает в себя внешнюю сохранность объекта, сохранность информации (наличие средств архивирования информации, распределения, хранения).

2.2. Своевременность включает:

- «Отзывчивость» - подразумевает, что каждый узел должен реагировать на переданное ему событие по заданному алгоритму.

- Исполнительность – четкое выполнение функций в соответствии с временными диаграммами.

- Актуальность – любые данные, любые действия в текущий момент времени должны быть последними и соответствовать текущей ситуации.

- Временная предсказуемость – заключается в том, что в каждый последующий момент времени мы должны знать, в каком состоянии система будет находиться и как будет себя вести, а также, за какое время обрабатывается тот или иной параметр. Данные требования складываются в задачу моделирования.

 - Контролируемость – любой объект системы должен быть управляемым. Это подразумевает наличие специальной функции в системе, позволяющей производить анализ функционирования узлов. Система должна адекватно реагировать на команды пользователя.

2.3. Динамическое управление изменениями.

Версионность (В1; В2)

Последующие версии должны функционировать без дополнительных технических изменений (т.е. это – гибкость системы, возможность расширения и модернизации).

Увеличение производительности достигается:

1) увеличением мощности вычислительного узла,

2) увеличением мощности системы в целом.

Все группы требований являются требованиями среды исполнения. Реализация этих требования вытекает из процесса анализа будущей автоматизированной системы. Особенно актуален анализ для системы с жестким РВ.

На этапе проектирования систем надо учитывать параметры систем с жестким РВ.

Четкое разделение типов объектов на:

а) объекты,

б) действия.

При этом действия подразделяют на циклические и единичные.

Точное определение требований приложений по распределению времени для каждого объекта.

Определение относительной важности каждого объекта необходимо в том случае, если возникает ситуация, когда 2 объекта претендуют на 1 участок времени.

Точное определение и использование объектов и ресурсов.

Подбор наиболее подходящей для планировки распределения времени программной архитектуры.

Указанные параметры влияют на архитектуру систем жесткого РВ.

Архитектура делится на:

- Логическую – включает действия, которые выполняются независимо от требований, накладываемых средой исполнения. Эти требования направлены на удовлетворение функциональных требований.

- Физическую – включает расчет параметров и условий, которые обеспечивают функциональные и нефункциональные требования. (Нефункциональные требования учитываются на стадиях детального проекта и реализации).


Проектирование жестких СРВ, обзор процесса проектирования.

Важнейшей стадией при разработке СРВ является создание проекта удовлетворяющего определенным требованиям. СРВ отличаются от обычных систем обработки данных тем, что к ним применяются некоторые нефункциональные требования (надежность и распределение времени). Стандартные методы проектирования не дают хороших результатов.

Обзор процесса проектирования

Концентрируют внимание на функциональность системы. Но необходимость создания безопасных и ответственных систем ведет к тому, что нужно учитывать нефункциональные требования. К нефункциональным требованиям относятся: надежность (доступность, сохранность); своевременность («отзывчивость», исполнительность, актуальность, временная предсказуемость, контролируемость); управление динамическими изменениями (занесение эволюционных изменений в систему).

Во время разработки необходима ранняя привязка программных функций к компонентам устройств с тем, чтобы можно было проводить анализ распределения времени и надежностных характеристик еще не отлаженной системы.

Учет особенностей ЖСРВ

ЖСРВ должны поддерживать: четкое разделение типов на объект и действия

Кроме того методы проектирования должны допускать влияние планировки на проект как можно раньше.

Жизненный цикл ЖСРВ

Подход осуществляется в распределении архитектурного плана на две фазы: логическая и физическая (см. выше).

Например, если все объекты построены с учетом худших условий по распределению времени и надежности, то сама система будет удовлетворять требованиям сохранности. Таким образом физическая архитектура позволяет оценить параметры разработки для достижения компромиссного решения для всех требований и задач. Поэтому функциональная архитектура фокусируется на распределении времени необходимой для планировки, что будет гарантировать, что однажды построенная система будет работать корректно и по данным и по времени. Чтобы провести этот анализ необходимо оценить время исполнения имеющегося кода, получить зависимости по времени целевого процессора и другие параметры среды исполнения. Когда архитектурная фаза закончена можно начинать серьезное планирование деталей проекта. После надо измерить характеристики выполнения кода, чтобы гарантировать, что верхние оценки времени выполнения являются корректными. Если же это не так (что обычно имеет место для новых приложений) фаза в физической архитектуре пересматривается и обновляется. Если система не реализуется, тогда должны быть пересмотрены детали проекта либо разработчик должен вернуться к логической фазе. Когда изменение кода пройдено, то выполняется тестирование приложения. Оно должно включать действительное распределение времени по коду.

Логическая архитектура

Существует два аспекта любого метода проектирования, которые отличают создание ЖСРВ:

1. Абстракции должна быть дана конкретная поддержка, что нужно проектировщикам разрабатываемой системы

2. Логическая архитектура должна планироваться таким образом, чтобы можно было анализировать ее во время проектирования физической архитектуры.

Результатом иерархического разделения в ходе фазы логического планирования является коррекция конечных объектов с полным определением их взаимодействий. Предполагается, что некоторые формы процесса функционального разделения могут приводить к определению новых объектов. Конечные объекты характеризуются как циклические, единичные, защищенные и пассивные. Циклическое и единичное действие являются обычными в системах реального времени. Каждое из этих действий содержит поток, который создается во время выполнения. Приоритет потока устанавливается во время планировки в фазе физической архитектуры. Защищенные объекты управляют доступом к данным, которые доступны нескольким потокам, т.е. циклическим и единичным объектам. В частности они могут управлять взаимным исключением. В однопроцессорных системах это достигается определением верхнего приоритета для каждого защищенного объекта, который равен максимальному количеству потоков, использующего его. Когда поток обращается к защищенным объектам, он начинает работать с его высшим приоритетом, т.е. получает исключительный доступ к данным, хранимым в защищенном объекте. Защищенные объекты подобны перехватчику, в которых вызывающий может быть заблокирован, если условие не позволяет ему продолжать. Это используется для задержки единичных объектов, пока не произойдет освобождающее событие.

Последним, важным типом объектов является пассивный объект. Пассивный объект – это объект, который может использоваться либо одним объектом, либо совместно с другими объектами без ошибок.

Все четыре типа используются как конечные объекты в СРВ. Однако, возможно что системы используют подсистему, которая не является СРВ. В этом случае объекты будут являться либо активными, либо пассивными.

Активные типы объектов могут участвовать в разделении главной системы, но должны быть трансформированы в один из вышеуказанных типов до достижения конечного уровня. С помощью этих типов конечных объектов можно поддерживать стандартные, используемые в ЖСРВ: периодические действия (циклические объекты), единичные действия (единичные объекты), действия, обусловленные приоритетом (влекут серии вычислений на конечных объектах). Процесс планирования логической архитектуры может начаться с разработки активных и пассивных объектов. Например, требуемая циклическая транзакция от входа к выходу может быть сначала представлена как единичный активный объект, но потом может быть реализована как циклический объект с последующими сериями единичных объектов, связанных защищенными объектами.

Наложение на проект условий для анализа

Чтобы иметь возможность анализировать весь проект необходимо поставить определенные условия. Они связаны со связью или синхронизацией между объектами.

1. Циклические и единичные объекты не могут выполнять произвольные операции блокировки других циклических единичных объектов.

2. Циклические и случайные объекты могут выполнить асинхронную передачу операцию управления в другие циклические и случайные объекты.

3. Защищенные объекты не могут выполнить операцию блокировки любых других объектов.

п.п. 1, 2 требуют чтобы циклическим и единичным объектам была разрешена только связь через посылку полностью асинхронных сообщений или защищенный объект.

Любой метод проектирования СРВ должен учитывать эти условия в процессе планирования логической архитектуры.

Физическая архитектура

Основное внимание в физической архитектуре является требование к распределению времени.

Процесс проектирования должен поддерживать формирование архитектуры через:

1. Возможность ассоциирования атрибутов распределения времени с объектом;

2. Обеспечение такой внутренней структуры, к которой может быть предпринята планировка конечных объектов

3. Создание абстракции, с помощью которой планировщик может контролировать ошибки распределения времени.

Физический планировщик должен быть осуществлен в контексте среды исполнения. Это гарантируется планировкой. Вопросы надежности так же должны быть рассмотрены в этой фазе.

Атрибуты объектов

Все конечные объекты обладают ассоциированными с ними атрибутами реального времени. Многие атрибуты связаны с отображением на логический план требований по распределению времени (например: срок, важность). Они должны быть установлены до того как будет производиться планировка. Каждый циклический или единичный объект имеет определенное количество временных атрибутов (например, период исполнения циклического объекта, минимальный интервал проявления для единичного объекта, сроки для всех циклических и единичных действий).

Различают две формы срока: одна применяется прямо к циклическому или единичному действию, другая применяется к ранее обусловленному действию (транзакции). Сроки для других действий должны извлекаться таким образом, чтобы полная транзакция удовлетворяла ее требованиям распределения времени. Для планировки нужно знать верхнюю оценку времени исполнения каждого потока и все операции во всех объектах. После фазы логического планирования они могут быть оценены и присвоены соответствующим атрибутам. Чем лучше оценки, тем точнее планировка. Хорошие оценки могут быть получены при повторном использовании компонент или из аргументов сравнения (с существующими компонентами других объектов). В процессе детального проектирования и кодирования, а также при прямом использовании измерений во время тестирования могут быть получены лучшие оценки, которые потребуют перепланировки.

Планировка

является составной частью разработки физической архитектуры. Предложенный план должен быть осуществим. Это значит, что все сроки должны гарантироваться при всех предсказуемых обстоятельствах. Реализация этого требует знание скорости процессора, емкости памяти и временных характеристик ядра, могут быть нужны временные параметры других устройств. Если мы предполагаем, что среда исполнения поддерживает приоритетную опережающую диспетчеризацию потоков, то в этом случае планировка заключается в определении статических приоритетов потоков, заключенных в циклических и единичных действиях.

Контроль за временными ошибками

Описанная выше планировка может быть эффективна, если оценки (измерения) верхней границы времени исполнения точны. В области временных характеристик определяется две стратегии для ослабления результатов ошибок в компонентах программ

  1.  не давать объекту вычислительного времени
  2.  не позволять объектам выполняться по истечению срока

  1.  

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

7509. Экономия электроэнергии в осветительных и электронагревательных установках 76.71 KB
  Экономия электроэнергии в осветительных и электронагревательных установках На освещение в сельском хозяйстве затрачивают 10...15% всей потребляемой электроэнергии, то есть более 15 млрд. кВт·ч в год. Наряду с другими устройствами электрическое освещ...
7510. Экономия электрической энергии при эксплуатации оборудования 121.34 KB
  Экономия электрической энергии при эксплуатации оборудования В сельском хозяйстве действует огромный парк электродвигателей, насчитывающий 12 млн. единиц общей мощностью 50...60 млн. кВт. Практически все стационарные рабочие сельскохозяйственные маш...
7511. Нетрадиционные способы получения и применения энергии 113.67 KB
  Нетрадиционные способы получения и применения энергии Главным фактором роста энергопроизводства является рост численности населения и прогресс качества жизни общества, который тесно связан с потреблением энергии на душу населения. Сейчас на каждого ...
7512. Модели рыночной экономики 43 KB
  Модели рыночной экономики. Для каждой экономической системы характерны свои национальные модели организации хозяйства, так как страны различаются своеобразием истории, уровнем экономического развития, социальными и национальными условиями. Поэтому м...
7513. Рыночное равновесие 147.5 KB
  Рыночное равновесие Чтобы рассмотреть взаимодействие спроса и предложения, необходимо совместить линии спроса и предложения на одном графике. На рис. 1 DD - линия спроса, SS - линия предложения. Абсциссы их точек характеризуют соответственно объемы ...
7514. Эластичность спроса и предложения 86 KB
  Эластичность спроса и предложения Термин эластичность - технический термин, который использовал А. Маршалл для обозначения чувствительности реакции одного фактора в результате воздействия на него другого фактора. Эластичность - это характеристи...
7515. Педагогіка. Фіцула. Підручник 3.08 MB
  ПЕРЕДМОВА У процесі вивчення курсу педагогіки відповідно до вимог навчальної програмимайбутні педагоги повиннізнати: сутність і закономірності розвитку особистості...
7516. Динамика вращательного движения 30.3 KB
  Динамика вращательного движения Одной из величин, характеризующих вращательное движение тела, является момент импульса. Момент импульса частицы относительно центра окружности ее вращения, определяется векторным произведением радиуса вращения ч...
7517. Бизнес-план. Особенности бизнес планирования 39 KB
  Бизнес-план. Бизнес-план - это документ, содержащий обоснование действий, которые намечается осуществить для реализации какого-либо коммерческого проекта, а также анализирующий проблемы, с которым может столкнуться предприятие, и способы их реш...