Itogi_Shpory

7 Тестирование Перед установкой СРВ ее необходимо проверить на работоспособность проводя ее

тестирование. Тестирование важно для сложных динамических систем, моделируют «тяжелые» режимы работы, аварийные ситуации и т.п.

Обычно в рекламной информации ОС РВ указываются параметры для «лучшего случая» и если речь идет о максимальном времени обработки прерывания необходимо уточнить, что именно подразумевается под этим временем. А именно, это м.б.:

1.Время с момента возникновения запроса на прерывание до передачи управления следующему устройству.

2.Время включающее в себя время на сохранение контекста текущей задачи и передачу управления подпрограмме обработки прерывания.

3.Время до завершения подпрограммы обработки прерывания и передачи сообщения задаче, которая связана с этим прерыванием.

4.Время до момента когда задача получит управление и начнет обработку события. В используемых ПО код может не предусматривать участки где запрещены

прерывания:

1.Любая ОС РВ имеет участки кода где запрещены прерывания, нет гарантий, что разработчики ОС как можно меньше делали участки такого кода.

2.М.б. ситуация когда всѐ ядро ОС РВ или его участки «невытесняемые»

3.Разные интеллектуальные контроллеры ввод-вывода могут вносить изменения в характеристики системы.

4.Большое значение имеет система кэширования.

8 Можно ли обойтись без ОС РВ?

Главное предназначение ОСРВ – это автоматизация производственных процессов.

ОСРВ позволяет решить множество проблем, которые могут возникнуть с программой приложения, она обеспечивает возможность многозадачности и позволяет разбивать приложение на более мелкие части (задачи). Каждая задача получает свой собственный приоритет, основанный на еѐ важности, а преимущественное планирование гарантирует, что микроконтроллер будет выполнять задачу, имеющую наивысший приоритет среди задач, готовых к запуску.

ОСРВ может сделать программы приложения проще в проектировании и обслуживании, управляя задачами и передачей информации между ними.

ОСРВ обеспечивает приложения следующими сервисами:

-Управление временем (time management) – временные задержки и таймеры

-Управление задачами (task management) – создание, удаление, приостановка, возобновление

-Взаимоисключения

-Передача сообщений

-Передача сигналов

ОСРВ – бесценный инструмент, упрощающий разработку большинства встраиваемых приложений – реального времени, позволяющий добавлять новых функций, не требуя больших изменений в ПО. Учитывая небольшие системные издержки, использование ОСРВ в настоящее время оправдано во многих малых 8- и 16-битных встраиваемых системах, а также в системах с 32-х битными или более мощными процессорами.

9 Linux реального времени

У Linux много достоинств: открытость кода; большое количество сопутствующего программного обеспечения, пока в основном ориентированного на серверные применения; наличие неплохой документации на API-интерфейс и ядро операционной системы; работа на процессорах различных классов.

В данный момент эта ОС работает стабильно. Для задач реального времени в Linux применяются специальные расширения – RTLinux, KURT и UTIME, позволяющие получить устойчивую среду реального времени. RTLinux - система "жесткого" реального времени, а KURT (KU Real Time Linux) относится к системам "мягкого" реального времени. Linux-расширение UTIME, входящее в состав KURT, позволяет увеличить частоту системных часов, для быстрого переключения контекста задач.

KURT предусматривает 2 режима работы: нормальный и режим реального времени. Процессы использующие интерфейсы KURT в любой момент времени могут переключаться между этими режимами.

Использование "мягкого" реального времени подходит для реализации мультимедийных задач, при обработке потоков информации, где критично время получения результата.

RTLinux позволяет управлять различными чувствительными ко времени реакции системы процессами. В RTLinux все прерывания обрабатываются ядром реального времени, если отсутствует обработчик реального времени – передаются Linux-ядру. Т.е. Linux-ядро запускается только когда не исполняется задача реального времени. Ключевой принцип построения RTLinux – как можно больше использовать Linux и как можно меньше RTLinux.

10 Операционные системы реального времени и Windows NT

Windows NT предназначена для классических приложений. Но на ее базе можно построить простую мягкую СРВ, с опозданиями опоздания. Следующие обстоятельства могут облегчить построение СРВ на базе NT:

–низкая загруженность процессора;

–критическая работа делается на уровне DPC (deferred procedure call процедуры отложенного вызова – программное прерывание) или на уровне ISR (Interrupt Service Routine - программа обслуживания прерываний).

Использование Windows NT для жесткой СРВ невозможно – система реального времени будет непредсказуемой.

Чтобы использовать Windows NTв жестких СРВ, нужно изменить: a) Больше уровней класса процессов реального времени.

б) Решить проблему инверсии приоритетов.

в) Предсказуемое и известное время, затрачиваемое каждым системным вызовом. г) Замена системы прерываний:

–DPC должны иметь много уровней приоритетов;

–DPC должны быть вытесняемыми более приоритетными DPC.

–драйверы должны быть настраиваемыми (уровни прерываний ISR, уровни прерываний DPC) ;

–драйверы от третьих фирм должны быть открыты для разработчиков, должно быть известно по крайней мере максимальное время, затрачиваемое на работу ISR и DPC;

–должно быть известно время маскирования прерываний.

11 Операционная система QNX

QNX – это первая коммерческая ОС, построенная на принципах микроядра и обмена сообщениями. Система представляет собой совокупность независимых, но взаимодействующих через обмен сообщениями процессов различного уровня, каждый из которых реализует определенный вид сервиса.

Преимущества QNX:

1.Предсказуемость - применимость ее к задачам жесткого реального времени. Unix не обеспечивает подобного качества, поскольку имеет нереентрабельный (без возможности множественного входа) большой код ядра. Любой системный вызов в Unix может привести к непредсказуемой задержке.

2.Масштабируемость и эффективность – за счет оптимального использования ресурсов, означающую ее применимость для встроенных систем. Можно иметь только нужные сервисы или модули и при этом не возникнет проблем.

3.Расширяемость и надежность одновременно – т.к. написанный драйвер не нужно компилировать в ядро.

4.Быстрый сетевой протокол FLEET - автоматически обеспечивает отказоустойчивость, динамическую балансировку нагрузки, высокую производительность, расширяемую архитектуру и прозрачную распределенную обработку данных.

5.Большой выбор графических подсистем, что позволяет разработчикам выбирать ту, которая лучше подходит для их целей.

Ограничения системы:

– Нет поддержки SMP (Symmetric Multiprocessing);

– Нет своппинга виртуальной памяти на диск;

– Неэффективная и нестандартная поддержка нитей (threads);

–Слабые средства разграничения и контроля доступа пользователей;

–Отсутствие средств безопасности в рамках собственного сетевого протокола и др.

12 Проект Neutrino

До появления Windows 95, стартовал проект создания совершенно новой ОС - "Neutrino"(очень маленькая и неуловимо быстрая ОС)

Цель проекта Neutrino – создание POSIX-совместимой (Portable Operating System Interface for Unix — переносимый интерфейс ОС Unix) масштабируемой ОС, пригодной для построения СРВ на самом широком спектре оборудования. Neutrino - более совершенная модель, выполняющая больше функций, чем микроядро QNX, с большей производительностью и меньшими временными затратами.

В функции микроядра, было включено минимальное количество операций, необходимых для их исполнения. Поэтому Neutrino маленькое и простое "микроядро".

Управление процессами и памятью – это функция менеджера процессов ProcNto, который занимается поддержкой пространства имен ввода/вывода

Сетевой сервис в Neutrino представлен протоколом TCP/IP. Была создана специальная версия стека для встроенных систем – Micro TCP/IP. Файловая система в Neutrino реализована иначе, чем в QNX. Главное функциональное отличие – улучшенная приспособленность к сменным носителям. Приложение обращается к драйверу, который определяет тип файловой системы и динамически загружает соответствующую файловую систему.

13. Современные индустриальные системы, функционирующие в режиме реального времени

В настоящее время измерительные и управляющие системы занимают большое место в жизни человека. На них основана работа телефонных сетей, электростанций, автопилотов и т.д. Банкоматы для выдачи денег, автоматы по выдаче напитков, лифты, диспетчерские службы все это системы реального времени.

Свое начало автоматическое управление берет с простейших релейных схем, сейчас же это цифровая обработка информации с использованием всех новейших компьютерных технологий. По данным на 1997год (я честно искала данные поновее, но по точно таким же показателям инфы нет) динамика развития индустриальных промышленных систем выглядит следующим образом по областям:

1)интерфейс оператор - компьютер (37%);

2)управление процессами и инструментами (33%);

3)двигатели, приводы и управление движением (30%).

Больше всего распределенные системы управления используются в промышленных системах. Электроника для авиамоторов, приложения для персональных компьютеров составляют суммарно 30%. Если смотреть на процентное распределение покупок по отраслям промышленности, то можно отметить, что увеличивается процент использования ПК в промышленном управлении, растут темпы автоматизации машиностроения.

14. Организация промышленных систем

Особенности в развитии промышленных систем автоматизации:

1.В основном промышленные системы функционируют в тяжелых для электронной техники условиях внешней среды, поэтому по сравнению с обычными компьютерами они должны иметь повышенную термопрочностьи ударопрочность.

2.Нужно подключение расширенного количества номенклатуры внешних устройств.

3.Время реакции системы на изменения параметров объекта управления определяется внешними реальными временными интервалами – такие системы называются системами реального времени. Для особо ответственных приложений, например при управлении самолетом, реакция должна быть практически мгновенной. Это, в частности, предполагает повышенную надежность и аппаратной, и программной частей.

В традиционном подходе систем промышленной автоматизации пять уровней: ввод/вывод, управление вводом/выводом, диспетчерское управление и сбор данных, управление производством и планирование ресурсов предприятия. Таким образом, при разработке систем решаются и аппаратные, и программные задачи: первый и частично второй уровень составляют аппаратную базу для программного обеспечения верхних слоев.

15. Аппаратная архитектура

Необходимость создания для каждой системы автоматизации уникальной конфигурации разнообразных периферийных устройств ставит на первое место вопрос о принципах их подключения и обеспечении возможности согласованного функционирования. Путь, по которому пошла эволюция систем автоматизации, – модульность с опорой на стандартизацию.

Фирмы-поставщики разрабатывали аппаратуру, ориентируясь на собственные предпочтения и стремясь максимально покрыть потребности разработчиков систем управления только своими продуктами. Это приводило к тому, что заказчик и поставщик были связаны, и заказчику приходилось тратиться на все новые и новые разработки, даже если его потребности могли быть удовлетворены уже готовой продукцией соседней фирмы. Продукты разных производителей было невозможно стыковать.

Все изменилось после того, выявились все лидеры, которые предлагали решения, способные учитывать пожелания других заинтересованных сторон и готовые спонсировать профдеятельность по стандартизации таких некоммерческих организаций, как IEEE, ISO, IEC (МЭК) и ANSI.

Стандарты для разработчиков систем автоматизации представляют возможность создавать открытые модульные комплексы из готовых программных и аппаратных блоков разных производителей. Это хорошо и поставщикам – во-первых, они могут действовать на всем рынке. Во-вторых, они получают доступ к профессионально разработанным спецификациям открытых стандартов, для которых не требуется приобретение патентов и которые не защищены авторским правом.

Стандарт будет продуктивен при условии, что его поддерживают поставщики, разработчики и потребители. Он должен развиваться, отражая рост базовых технологий. В области систем управления среди стандартов разного уровня идет жесткая конкурентная борьба альтернативных подходов.

16. Технологии VME и PCI

Технология VME (VersaModule Eurocard, это стандарт на компьютерную шину) позволяет создавать вычислительные системы в очень широком диапазоне производительности (от настольных ПК и простых промышленных контроллеров до многопроцессорных супер-эвм и до мощных многопроцессорных систем управления). VMEbus обеспечивает наилучшее соотношение цена/производительность для системы в целом и предоставляет хорошие возможности для наращивания ресурсов.

VME достигла много за счет финансирования VITA – VFEA International Trade Association (Членами VITA являются крупнейшие предприятия: HP, Microware, IBM и др).

Архитектура VME выросла вокруг семейства Motorola 68xxx, но сейчас имеются VME-реализации для RISC-процессоров, рабочих станций Sun, DEC, HP, SGI, Intel и

клона PowerPC.

Технические характеристики VMEbus. Механический стандарт – Евромеханика. Конечная система состоит из функциональных модулей VME, устанавливаемых в крейты (крейт - каркас с объединительной магистралью VME, источником питания и вентиляцией). В один крейт можно поместить максимум 21 модуль VME.

Технология VME, кроме основного стандарта VMEbus/VME64, включает еще несколько расширений.

Технология оперативной замены Live Insertion позволяет беспрепятственно вставлять/вынимать модули из работающей системы. Для телекоммуникаций предложен стандарт SCSA для обработки цифровой аудио- и видеоинформации в телефонии.

Шина PCI. Прогресс технологии производства электронных плат сделал выгодным изготовление широкой номенклатуры микросхем В/В в виде кристаллов. Для того чтобы их можно было использовать в промышленных системах, требовалась по крайней мере стандартизация с учетом требований повышенной надежности.

Достоинства шины:не зависит от типа микропроцессора, может работать с самыми быстрыми из них, имеет большую пропускную способность и аппарат автоконфигурирования устройств Ввода/Вывода. Сейчас PCI активно применяется в VME-компьютерах для подключения периферии.

Стандарт CompactPCI, основан на общепринятой технологии создания надежных промышленных модульных систем – пассивной объединительной магистрали. Любое ПО, работающее на настольных ПК, может быть без изменений перенесено в систему CompactPCI. А программисты, работающие на ПК, но не имеющие дела с аппаратурой, могут быстро скомпоновать систему CompactPCI, установить ОС и сконфигурировать систему в соответствии с реальными потребностями. CompactPCI конкурент технологии VME. CompactPCI – относительно новый стандарт, и некоторые необходимые функции в нем либо отсутствуют, либо не доведены до конца.

17. Мезонинные технологии

Мезонинные технологии – это средство модульного наращивания функциональных возможностей. Взяв за основу типовую плату, разработчик может добавить к ней специальные пользовательские функции, реализованные в готовом мезонинном модуле.

Мезонинные платы представляют собой более низкий по сравнению, например, с модулями VMEbus уровень модульности. Они являются функционально законченными изделиями и устанавливаются на плату-носитель (в стандарте VMEbus или каком-либо другом). Носитель может быть пассивным или содержать собственный процессор. Самый популярный в мире одноплатный компьютер/контроллер MVME162. Он имеет порты для установки 4 мезонинных плат. Это позволяет дополнить плату компьютера каналами цифрового ввода/вывода, графикой, любой сетью.

Существует широкая номенклатура мезонинных плат: многоканальные ЦАП, АЦП, цифровой ввод/вывод, графические контроллеры, различные типы сетей и т. д. Хотя до сих пор довольно активно применяются частные мезонинные интерфейсы, особенно широко распространено несколько стандартов: PCI Mezzanine Card (PMC),

IndustryPack (IP) и ModPack.

Модульность на уровне мезонинов обеспечивает поразительную гибкость при интегрировании системы, резко повышает ремонтопригодность и снижает стоимость ЗИПа