ARQUITECTURA DE REFERENCIA PARA SISTEMAS DE TIEMPO REAL

CONTENIDO • Definición de STR. • Tareas • Arquitecturas de Tiempo Real. • Diseño. • Elementos que componen un STR. • Aplicación. • Clasificación de STR. • Características de un STR. • Estructura de un STR típico. • Conclusiones. DEFINICION A los sistemas de tiempo real también se les conoce como sistemas empotrados o embebidos (embedded systems). Es un sistema informático que interacciona rápidamente con su entorno físico y realiza funciones de supervisión y control. TAREAS Los Sistemas de Tiempo Real (STR) ejecutan actividades o tareas en un intervalo de tiempo predeterminado. Tienen varios tipos de propiedades: • funcionales: qué hacen. • temporales: cuándo lo hacen. El comportamiento temporal de las tareas se especifica mediante sus atributos temporales: • cuándo se ejecutan: esquema de activación. • qué plazo tienen para ejecutar cada acción.

Activación: – periódica: a intervalos regulares, con período T. – aperiódica: cada vez que ocurre un suceso determinado:

• esporádica: separación mínima entre activaciones T. • estocástica, a rachas, irregular.

Plazo de respuesta:

– absoluto: tiempo límite para terminar. – relativo: intervalo desde la activación.

Se trata de garantizar que todas las veces que se ejecuta una tarea termina dentro de plazo. ARQUITECTURAS DE TIEMPO REAL El diseño de arquitecturas de tiempo real involucra 2 aspectos: • Nivel de Nodo: cada procesador debe proveer velocidad y predecibilidad

en la ejecución de tareas de tiempo real, manejo de interrupciones, e interacción con el mundo externo.

• Nivel de Sistema. en este nivel las comunicaciones y la tolerancia a fallos

son 2 aspectos que hacen difícil la predecibilidad. De cualquier manera, estos aspectos son inevitables.

DISEÑO Cuando se diseña un sistema de tiempo real se pasa por varias fases: • 1.- Se identifican todas las tareas que se tienen que realizar y también se

identifican las restricciones temporales que se pretenden cumplir. • 2.- Posteriormente se codifican los programas que ejecutarán las tareas. • 3.- Posteriormente se pasa a medir el tiempo de cómputo de cada tarea y

se realiza un análisis de planificabilidad. Este análisis consiste en aplicar unas pruebas al conjunto de tareas de tal forma que si éstas pasan el test entonces se puede garantizar que ninguna tarea perderá su plazo de ejecución. De lo contrario si no pasan el test se tiene que volver a comenzar desde el principio, es decir, comenzar de nuevo, utilizando otro procesador más potente o utilizando otros algoritmos para implementar las tareas. Para evitar los problemas que se tienen durante el diseño de software de tiempo real se establecieron algunas metodologías como: • Metodología de flujo de datos. • Metodología de estructura de datos. • Metodología orientada a objetos.

ELEMENTOS QUE COMPONEN UN STR - Aspectos de integración y de rendimiento. - Manejo de Interrupciones. - Bases de Datos de Tiempo Real. - Sistemas Operativos de Tiempo Real. - Lenguajes de Tiempo Real. - Sincronización y comunicación de tareas. APLICACIÓN • Dominio Industrial:

– Controlador de la planta. – Robot para tratamiento de material peligroso.

• Uso militar:

– Sistema de reconocimiento de blancos automático. – Sistema de guiado de misiles y navegación.

• Sistemas altamente críticos: – Plantas nucleares. – Sistemas de aviónica.

• Otros: – Tren. – Automóviles. – Teléfonos móviles. – Televisores.

Los sistemas operativos en tiempo real (SOTR) fueron diseñados para aplicaciones basadas en el tiempo real. Ejemplos: – MaRTE OS. – QNX. – LynxOS. – RedHat Embedded Linux. – eCos (Linux). – Ubuntu Studio (Linux). – VxWorks. – Windows CE. – DuinOS. – Symbian. Por lo general, un SOTR suele tener la misma arquitectura que un SO convencional, pero su diferencia radica en que proporciona mayor prioridad a los elementos de control y procesamiento que son utilizados para ejecutar los procesos o tareas. CLASIFICACION DE SISTEMAS DE TIEMPO REAL • Tiempo real estricto (hard real-time):

Todas las acciones deben ocurrir dentro del plazo especificado. Ejemplo: se usa en los sistemas de control. Si un sistema de control de frenado de un coche no responde a tiempo (antes del choque), la respuesta sería inútil, ya no haría falta (el coche ya se habría chocado).

• Tiempo real flexible (soft real-time):

Se pueden perder plazos de vez en cuando el valor de la respuesta decrece con el tiempo.

Ejemplo: se usa en las computadoras personales, donde queremos que el tiempo medio de respuesta sea pequeño, pero no es crítico si una respuesta llega después del tiempo medio.

• Tiempo real firme (firm real-time): o Una respuesta tardía no tiene valor. o Se pueden perder plazos ocasionalmente. Ejemplo: sistemas multimedia.

CARACTERISTICAS 1. Gran tamaño y complejidad:

Algunos STR tienen millones de líneas de código. La variedad de funciones aumenta la complejidad incluso en sistemas relativamente pequeños.

2. Simultaneidad de acciones (concurrencia): Los dispositivos físicos controlados funcionan al mismo tiempo las tareas que los controlan actúan concurrentemente.

3. Dispositivos de entrada y salida especiales: Los manejadores de dispositivos forman parte del software de aplicación.

4. Seguridad y fiabilidad: sistemas críticos: fallos con consecuencias graves: • pérdida de vidas humanas. • pérdidas económicas. • daños medioambientales.

5. Determinismo:

Acciones en intervalos de tiempo determinados. Es fundamental que el comportamiento temporal de los STR sea determinista o, al menos, previsible: • no hay que confundirlo con la necesidad de que sea eficiente. • el sistema debe responder correctamente en todas las situaciones. • en los sistemas de tiempo real estricto hay que prever el

comportamiento en el peor caso posible.

ESTRUCTURA DE STR TÍPICO

CONCLUSIONES Los sistemas de tiempo real básicamente están integrados en un sistema de ingeniería más avanzado el cual realiza funciones de control, por lo que también se les llama sistemas empotrados o embedded systems Los sistemas de tiempo real (STR) juegan un papel muy importante ya que como todo sistema debe tener la capacidad de satisfacer tareas en un tiempo de respuesta mínimo. Los STR están presentes en todos los aspectos de nuestra vida diaria como aeronaves, teléfonos móviles, automóviles, entre muchas otras aplicaciones que nos benefician ampliamente Se podría también concluir que los sistemas de tiempo real están en constante desarrollo puesto que con los avances tecnológicos se construyen nuevas maquinas que operan en tiempo real y que por consiguiente necesitan tener sistemas controlados por un computador que tenga la capacidad de interactuar con el mundo físico