Introducción al tiempo real en sistemas empotrados

1. Master en Ingeniería de Sistemas Empotrados Introducción al tiempo real en sistemas empotrados Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

2. Contenido • Introducción • Soporte de interrupciones • Conceptos de sistemas operativos • Planificación en sistemas de tiempo real • Mecanismos de sincronización y comunicación • Planificación de tiempo real con recursos compartidos Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

3. Planificación de tiempo real con recursos compartidos CONTENIDO • Modelo y propiedades • Inversión de prioridad • Políticas de planificación con recursos compartidos BIBIOGRAFIA • Q. Li: Real-Time concepts for embedded systems. CMP Books, 2003. • J. Liu: Real-Time Systems, Prentice-Hall, 2000. Capítulo 8. Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

4. Planificación de tiempo real con recursos compartidos • Modelo • Ahora las tareas de tiempo real compiten por el acceso a los recursos. • La espera por una sección crítica no supone consumo de CPU (espera por bloqueado). • Se conoce el comportamiento de las tareas en cuanto a tiempos de ejecución dentro y fuera de la secciones críticas. • Propiedades • Duración acotada de los bloqueos. • Número de bloqueos acotados. • No interbloqueos (disciplina de programación). Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

5. Planificación de tiempo real con recursos compartidos • Ejemplo: • Un único recurso, una unidad del recurso. • Prioridades (1 es la menos prioritaria) y expulsión. • Una tarea solicita el recurso en el instante tL de su tiempo de ejecución • La duración de la SC es ΔL. Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

6. Planificación de tiempo real con recursos compartidosEjemplo de ejecución Sección crítica ocupada Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

7. Inversión de prioridad D3 se cumple! Sección crítica ocupada Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

8. Inversión de prioridad • La presencia de secciones críticas introduce situaciones de incumplimiento de plazos. • En el ejemplo, la tarea más prioritaria 3 abandona la CPU cuando se dispone a ejecutar la SC, ya que ésta está ocupada por 2. • Precisamente, 2 no ha podido liberar la SC porque 3 la expulsó de la CPU por prioridad. • Una tarea de baja prioridad impide a otra de mayor prioridad cumplir el plazo (inversión de prioridad). • No es posible acotar la duración de la inversión de prioridad (Liu 2000, Cap. 8). Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

9. Inversión de prioridadespera no acotada Sección crítica ocupada Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

10. Políticas de planificación con recursos compartidos • Políticas de planificación para evitar la inversión de prioridad: • Secciones críticas no explulsables. • Herencia de prioridad. • Techo de prioridad. Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

11. Políticas de planificación con recursos compartidos Sección crítica no expulsable Sección crítica ocupada Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

12. Políticas de planificación con recursos compartidos Sección crítica no expulsable D3 se cumple! Sección crítica ocupada Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

13. Políticas de planificación con recursos compartidos Herencia de prioridad • La política de SC no expulsable no evita problemas de incumplimiento de plazos. • Política de herencia de prioridad: • Además de su prioridad asignada inicialmente, Pi, se define para cada tarea una prioridad actual, πi, que es con la que se ejecuta en cada momento. • Inicialmente, πi(0)=Pi. • Cuando una tarea i accede en un instante t a una SC, comienza a ejecutarla con su prioridad actual πi(t). • Cuando una tarea h de mayor prioridad se bloquea en un instante t’>t en el acceso a la SC ocupada por i, πi(t’)= πh(t’). • Cuando i libera la SC en t’’, πi(t’’)= πi(t). Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

14. 1 es expulsado Políticas de planificación con recursos compartidos Ejemplo sin herencia de prioridad Sección crítica ocupada Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

15. π1(3)=π3(3) 1 no es expulsado Políticas de planificación con recursos compartidos Herencia de prioridad Sección crítica ocupada Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

16. Políticas de planificación con recursos compartidos Recursos múltiples • Cuando las tareas acceden a múltiples recursos compartidos, se añade el problema del interbloqueo. • La herencia de prioridad evita situaciones de inversión de prioridad, pero no de interbloqueos. • Hay que combinarla con políticas de prevención de interbloqueos. Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

17. Políticas de planificación con recursos compartidos Techo de prioridad • Es una extensión de la política de herencia de prioridad para múltiples recursos. • Se conoce a priori el conjunto de recursos que cada tarea va a usar. • Techo de prioridad de un recurso: prioridad de la tarea de mayor prioridad entre las que están accediendo al recurso. • Techo del sistema: mayor techo de prioridad de todos los recursos. • Se aplica herencia de prioridad. • Básicamente, a una tarea se le asigna un recurso libre si la prioridad de la tarea es mayor que el techo de prioridad del sistema o si ya posee un recurso con techo de prioridad la del sistema. • Al establecer un orden en la asignación de recursos, evita interbloqueos con múltiples recursos. Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores