Информация о курсе Системы реального времени

1. Информация о курсеСистемы реального времени Специальность 230102, профиль Автоматизированные системы обработки информации и управления. Семестр 6 Лекций – 9 Экзамен. X содержание

2. Меню • Начать изучение раздела • Содержание раздела • Глоссарий • Тест • Завершение раздела

3. Выходной сигнал Изменения в физическом процессе Входной сигнал СРВ Введение в СРВСистемы реального времени (real-time system) – любая система, в которойсущественную роль играетвремя генерации выходного сигнала. X содержание

4. Входной сигнал (получение) Временная задержка Выходной сигнал (выдача) Время реакции Системная характеристика Введение в СРВВремя реакции системы X содержание

5. Авт. системы контроля Авт. испытательные комплексы Системы торговых аппаратов СУ физ. процессами с применением ЭВМ Системы Время реакции СРВ Диалоговые Пакетной обработки ч, дн мсек сек Введение в СРВКлассификация систем в зависимости от времени их реакции X содержание

6. Скорость Вычислительная система Внешние по отношению к ВС процессы Соизмеримы Введение в СРВРежим РВ (real time processing) – режим обработки данных,при котором обеспечиваетсявзаимодействиевычислительной системыс внешними по отношению к ней процессамив темпе, соизмеримом со скоростьюпротекания этих процессов. X содержание

7. Гарантия выполнения требований по времени Предсказуемое поведение системы Время реакции Введение в СРВСРВ (по Дональду Гиллиесу) – такая система, корректность функционирования которой определяется не только корректностью выполнения вычислений, но и временем, в которое получен требуемый результат. Если требования по времени не выполняются, то считается, что произошёл отказ системы. X содержание

8. Введение в СРВРежимы реального времени Настоящий, «жёсткий» режим РВ (hard real time) Запаздывание –полностью ошибочная ситуация Режим «Квази РВ» (soft real time) Запаздывание – потеря производительности • уровень безопасности • коррекция поведения X содержание

9. Введение в СРВСРВ ≠ интерактивная система (on-line) Пример: заказ билетов быстродействующая система Пример: контроль уровня грунтовых вод X содержание

10. Логика функцио- нирования системы ТЗ на систему Время реакции системы Исходные требования Введение в СРВВиды исходных требований ко времени реакции X содержание

11. Субъективные факторы Быстродействие СРВ ↑ Время реакции системы АЧМС Скорость протекания процессов на объекте контроля и управления ↑ Введение в СРВВлияния X содержание

12. Оценка быстродействия системы стационарные процессы Теорема Котельникова Частота дискретизации ≥ 2 × граничная частота их спектра Введение в СРВОценка быстродействия системы X содержание

13. Запись реализации сигнала Широкополосные переходные процессы Быстродействующие АЦП с буферной памятью Анализ Регистрация До следующего переходного процесса Введение в СРВСистемы квази-реального времени X содержание

14. Введение в СРВВиды систем реального времени X содержание

15. Введение в СРВЯдра и операционные системы РВ • Когда-то ОС не было. • Вскоре после их появления возникло направление ОС РВ. • Все ОС РВ являются многозадачными ОС. Задачи делят между собой ресурсы вычислительной системы, в т.ч. и процессорное время. X содержание

16. Набор функциональных возможностей Ядро (Kernel) ОС Базовые функции + Планирование Файловая система Синхронизация задач Сетевая поддержка Межзадачная коммуникация Интерфейс с оператором Управление памятью и др. ср-ва высокого уровня Введение в СРВРазличия между ядром и ОС по функциональным возможностям X содержание

17. Введение в СРВОС РВ ОС РВ – система, которая может быть использована для построения систем жесткого реального времени. X содержание

18. Введение в СРВОтличия ОС общего назначения от ОС РВ • ОС общего назначения ориентированы на оптимальное распределение ресурсов компьютера между пользователями и задачами, а в ОСРВ главная задача - успеть среагировать на события, происходящие на объекте. • применение ОС РВ всегда связано с аппаратурой, с объектом, с событиями, происходящими на объекте. • применение ОСРВ всегда конкретно. • четкое разграничение систем разработки и систем исполнения. X содержание

19. Введение в СРВСистема исполнения ОС РВ Система исполнения ОСРВ - это набор инструментов, обеспечивающих функционирование приложения реального времени: ядро, драйверы, исполняемые модули. X содержание

20. Введение в СРВСистема разработки Система разработки – набор средств, обеспечивающих создание и отладку приложения реального времени: компиляторы, отладчики, всевозможный вспомогательный инструментарий. Могут содержать: средства удаленной отладки, средства профилирования, средства эмуляции целевого процессора, специальные средства отладки взаимодействующих задач, средства моделирования. X содержание

21. Введение в СРВВремя переключения контекста В ОС РВ заложен параллелизм. Все ОСРВ являются многозадачными. Время переключения контекста – время, которое система затрачивает на передачу управления от процесса к процессу. Это второй параметр ОСРВ. X содержание

22. Введение в СРВРазличия ОС по внутренней архитектуре монолитные ОС, ОС на основе микроядра, объектно-ориентированные ОС. X содержание

23. Задача 2 Задача N Задача 1 Задача 3 Интерфейс прикладного программирования Операционная система Драйверы Аппаратные средства Введение в СРВОС РВ с монолитной архитектурой X содержание

24. Задача 1 Задача N Задача 2 Интерфейс прикладного программирования Менеджер файлов … Менеджер памяти Микроядро Аппаратные средства Введение в СРВОС РВ на основе микроядра X содержание

25. Программа 1 Программа 2 Поток 2 Поток 1 Поток • Менеджер • памяти • памяти Менеджер приложений … Менеджер задач Сеть Менеджер программ Ввод вывод Аппаратные средства Введение в СРВОбъектно-ориентированная ОС РВ X содержание

26. Введение в СРВЗадачи, процессы, потоки Задача (в многозадачных ОС РВ) – набор операций (машинных инструкций), предназначенный для выполнения логически законченной функции системы. Две разновидности задач: процессы и потоки. Процесс – отдельно загружаемый программный модуль (файл), который, как правило, во время исполнения имеет в памяти свои независимые области для кода и данных. В отличие от этого потоки могут пользоваться общими участками кода и данных в рамках единого программного продукта. X содержание

27. Введение в СРВПреимущества потоков • Экономия ресурсов внешней и внутренней памяти. • Эффективная организация межзадачного обмена сообщениями. • Малое время переключения между потоками, по сравнению с процессами. • Простое использование программ-отладчиков. X содержание

28. Введение в СРВНедостатки потоков • Не могут подгружаться динамически. Малая гибкость разрабатываемых модулей. • Возможно внесение потоком неверных данных в область другого потока. X содержание

29. Проверка знанийСамотестирование Самотестирование предназначено для самостоятельного контроля знаний, полученных в ходе прохождения модулей и разделов. Кроме того, самотестирование готовит Вас к прохождению контрольного тестирования в конце курса. Поэтому, несмотря на то, что результаты самотестирования не учитываются системой, отнеситесь к прохождению задач самотестирования максимально ответственно. Если Вы дали неправильный ответ или сомневаетесь в выборе правильного ответа - перечитайте материалы соответствующего модуля или раздела, и Вы обязательно найдете ответ на вопрос, вызывающий у Вас затруднение. • ПЕРЕЧЕНЬ И ТЕМАТИКА ВОПРОСОВ!!! X содержание

30. Тест Тест Тест Щелкните кнопку Тест для редактирования этого теста

31. Меню • Начать изучение раздела • Содержание раздела • Глоссарий • Тест • Завершение раздела

32. Аналого-цифровые преобразователии цифроаналоговые преобразователиСредства сопряжения аналоговых устройств с ЭВМ При решении задач автоматизации контроля и управления техническими системами возникает необходимость сбора и обработки информации, представленной в виде аналоговых электрических сигналов. Источником информации при этом являются первичные преобразователи (датчики). При этом часто требуется, чтобы и управляющие воздействия были представлены в аналоговой форме. Решение такого рода задач основано на использовании специальных устройств сопряжения аналоговых источников и приемников информации с управляющей ЭВМ: аналого-цифровых (АЦП) и цифро-аналоговых (ЦАП) преобразователей. X содержание

33. Аналого-цифровые преобразователии цифроаналоговые преобразователиКлассификация АЦПпометодам преобразования X содержание

34. Аналого-цифровые преобразователии цифроаналоговые преобразователиКлассификация АЦПпо быстродействию • АЦП постоянного тока; • АЦП среднего быстродействия; • скоростные АЦП; • сверхскоростные АЦП. X содержание

35. Аналого-цифровые преобразователии цифроаналоговые преобразователиКлассификация АЦПпо точности • АЦП низкой точности; • АЦП средней точности; • АЦП высокой точности. X содержание

36. Аналого-цифровые преобразователии цифроаналоговые преобразователи Соотношение быстродействия и точности АЦП X содержание

37. Аналого-цифровые преобразователии цифроаналоговые преобразователиАЦП постоянного тока для преобразования медленно меняющихся сигналовдатчиковмостового типа,термопар,температурных датчиков сопротивления,измерения напряжения постоянного тока Класс: последовательные (интегрирующие [преобразователи напряжение/частота]),а такжепоследовательные (интегрирующие [многотактные]) X содержание

38. Аналого-цифровые преобразователии цифроаналоговые преобразователиАЦП среднего быстродействия Дляпостроения высокоточных низкоскоростныхсистем сбора данных,систем управления двигателямипостоянного тока Класс:последовательные (последовательногоприближения,интегрирующие [сигма дельта]) X содержание

39. Аналого-цифровые преобразователии цифроаналоговые преобразователиСкоростные АЦП Дляприборов ультразвуковой диагностики,проводных и беспроводных системкоммуникаций,испытательногооборудования систем связи,а также недорогих цифровых осциллографов Класс:последовательно параллельные (многоступенчатые [конвейерные]) X содержание

40. Аналого-цифровые преобразователии цифроаналоговые преобразователиСверхскоростные АЦП Длярадиолокационных систем,цифровых осциллографов,широкополосных цифровых приемников,в том числе многоканальных приемниковбазовых станций сотовой телефонии Класс: последовательно параллельные (многоступенчатые [конвейерные]),а также параллельные X содержание

41. Аналого-цифровые преобразователии цифроаналоговые преобразователиХарактеристика аналого-цифрового преобразования Вход – аналоговый сигнал U: - диапазон изменения Umin, Umax; - частотный спектр; Выход – параллельный двоичный код X: - разрядность n (8, 10, 12, 16); Х= Разрядность влияет на точность r-цена одного разряда кода [Вольт/ед.вых.кода] Характеристики преобразования: • разрешающая способность r=(Umax-Umin)/2n, характеризующая величину изменения входного напряжения, приводящую к изменению значения кода Х на единицу. • метод преобразования: последовательных приближений, поразрядного кодирования, параллельного преобразования, интегральный, с динамической компенсацией и т.д.; • время преобразования τ; • погрешность преобразования: систематическая, усиления, интегральная и дифференциальная нелинейность; • функция преобразования (передаточная характеристика) Х=f(U) X содержание

42. Аналого-цифровые преобразователии цифроаналоговые преобразователиХарактеристика аналого-цифрового преобразования [] – взять целую часть Xmin=f(Umin)=0 Xmax=f(Umax)= 2n-1 X содержание

43. Аналого-цифровые преобразователии цифроаналоговые преобразователиДискретизация Дискретизация - это процесс перевода аналогового сигнала в дискретный сигнал. X содержание

44. Аналого-цифровые преобразователии цифроаналоговые преобразователиКвантование Квантование по уровню - представление величины отсчётов цифровыми сигналами. X содержание

45. Аналого-цифровые преобразователии цифроаналоговые преобразователиПараллельные АЦП (АЦП прямого преобразования) • Быстры. • Имеют разрешение не более 8 бит (256 компараторов). • Очень большой размер. • Высокая входная ёмкость. • Могут выдавать кратковременные ошибки на выходе. Используются для видео или других высокочастотных сигналов. X содержание

46. Аналого-цифровые преобразователии цифроаналоговые преобразователиМетод параллельного или мгновенного преобразования • Используется m = 2n-1 компараторов (для 8-ми разрядного АЦП 255); • m+1 компараторов • Сигналы на входе компараторов смещены по уровню на величину разрешающей способности r. • Сигнал на выходе компаратора = 1 при значении опорного сигнала меньше, чем входного. • Особенности: • высокое быстродействие; • время преобразования постоянно и не зависит от разрядности АЦП; • высокая стоимость X содержание

47. Аналого-цифровые преобразователии цифроаналоговые преобразователи • 39 слайд!!!!!! X содержание

48. Аналого-цифровые преобразователии цифроаналоговые преобразователиМетод последовательного счета • Состав устройства: • ГТИ – генератор тактовых импульсов; • Кл – ключевая схема (пропускает или не пропускает сигналы от ГТИ в зависимости от значения на выходе триггера ТгУ); • ТгУ – триггер управления ключевой схемой Кл; • Счетчик – формирует код преобразованного напряжения; • Компаратор – производит сравнение двух аналоговых сигналов: выход = 1, если напряжения совпадают, в противном случае 0; • ГЛИН – генератор линейно изменяющегося напряжения; • Запуск – схема, формирующая импульс, когда нужно запустить АЦП на измерение. • Исходное положение: счетчик сброшен в 0, выход ТгУ = 0, выход компаратора = 0, ключевая схема закрыта. X содержание

49. Аналого-цифровые преобразователии цифроаналоговые преобразователиМетод последовательного счета При сильном увеличении Uвх уменьшается точность измерения. По сигналу запуска запускается ГЛИН, срабатывает триггер, открывается ключ. Пока ключ открыт, счетчик воспринимает импульсы от ГТИ. Цикл работы продолжается, пока значение Uглин и Uвх не станут равны друг другу. Тогда на выходе компаратора появляется 1, сбрасывается триггер и закрывается ключевая схема. Результат преобразования представлен значением N, сформированным счетчиком импульсов: N = fгти*t , где fгти – частота ГТИ, t – время преобразования. В этом случае N = fгти*(Uвх/tgφ). Таким образом N пропорционально U, а коэффициент пропорциональности может быть установлен путем выбора частоты генерации тактовых импульсов и скорости нарастания напряжения на выходе ГЛИН. Особенность преобразователя: • время преобразования (t) не постоянно и зависит от уровня Uвх. • формируемый код в точности соответствует значению Uвхв момент готовности. Для АЦП, последовательность счета ГЛИН часто заменяется ЦАП, который подключается к счетчику. V1=fгти*t1 T1= X содержание

50. Аналого-цифровые преобразователии цифроаналоговые преобразователиМетод поразрядного кодирования (последовательная аппроксимация) • Состав устройства: • Компаратор – производит сравнение двух аналоговых сигналов: выход = 1, если напряжения совпадают, в противном случае 0; • ГТИ – генератор тактовых импульсов; • ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь; • Блок управления – формирует результат преобразования и сигнал готовности. • Алгоритм и диаграмма метода представлены на рисунках. • Особенности: • время преобразования постоянно при установленной разрядности и не зависит от Uвх (количество тактов всегда равно n); • высокая чувствительность к скорости изменения входного напряжения. X содержание