Перечень экзаменационных вопросов по курсу

“Системы реального времени”

1. Понятие системы реального времени. Примеры типовых систем реального времени. Особенности систем реального времени, аппаратурная среда, устройство связи с объектом.

2. Характерные особенности интерфейсов СРВ, организации вычислительного процесса. Соотношение ОСРВ и ОС универсального назначения.

3. Специфика реального времени. Детерменированность, предсказуемость реакции. Жёсткое реальное время и реальное время с допусками.

4. Свойства операционных систем реального времени, важнейшие параметры ОСРВ: время реакции системы, время переключения контекста, размеры системы.

5. Механизмы реального времени.

6. Классы систем реального времени. Область применения ОС РВ.

7.Расширения реального времени.

8. Архитектура программно-аппаратных средств СРВ. Открытые технологии.

9. Составные части и характеристики операционной системы OS-9.

10. Внутренняя структура и основные понятия системы OS-9.

11.Взаимодействие процессов, механизмы межпроцессной синхронизации. Возможности взаимодействия процессов в OS-9.

12. Взаимодействие процессов с помощью сигналов, характеристика системных вызовов.

13. Взаимодействие процессов с помощью событий, характеристика системных вызовов.

14. Взаимодействие процессов с помощью звонков, характеристика системных вызовов.

15. Взаимодействие процессов с помощью каналов, характеристика системных вызовов.

16. Взаимодействие процессов с помощью модулей данных, характеристика системных вызовов.

17. Дисковые файлы – как форма взаимодействия процессов в OS-9.

18. Концепция модуля в системе OS-9.

19. Память системы OS-9.

20. Основные дисциплины организации очередей в СРВ и их характеристики. Механизмы диспетчеризации процессов в системе OS-9.

21. Архитектура системы ввода-вывода OS-9. Менеджеры и драйверы устройств. Дискрипторы устройств, пути доступа, описатели маршрутов.

22. Основные типы прерываний – синхронные, асинхронные прерывания. Основные типы директив ОС для управления прерываниями – разрешение или запрещение прерываний, прерывания по получению данных, прерывания по аварийному завершению процесса, прерывания по вводу-выводу. Обработка прерываний в OS-9.

23.Архитектура ядра QNX. Системные процессы.

24. Администратор процессов QNX. Примитивы создания процессов, наследуемость, жизненный цикл процесса.

25. Состояния процессов QNX. Символические имена процессов.

26.Связь между процессами в системе QNX посредством сообщений. Примитивы передачи сообщений. Синхронизация процессов, состояния блокировки.

27. Связь между процессами в системе QNX посредством proxy.

28. Связь между процессами в системе QNX посредством сигналов.

29.Планирование процессов. Приоритеты процессов. Методы планирования

Реальное время — режим работы автоматизированной системы обработки информации и управления, при котором учитываются ограничения на временны́е характеристики функционирования.

Примеры временных характеристик и связанных с ними ограничений:

• deadline - дедлайн - предельный срок завершения какой-либо работы;

• latency - латентность - время отклика (задержка реакции) системы на внешние события;

• jitter - джиттер - разброс значений времени отклика.

Также (преимущественно, в материалах рекламного и коммерческого характера) встречаются термины:

• жёсткое реальное время — режим работы системы, при котором нарушение временных ограничений равнозначно отказу системы;

• мягкое реальное время — режим работы системы, при котором нарушения временных ограничений приводят к снижению качества работы системы.

Система реального времени (СРВ) — это любая система, работающая в режиме реального времени.

Назначение

Назначение систем, работающих в режиме реального времени, — взаимодействие с объектами внешнего (по отношению к системе) мира в темпе процессов, протекающих в этих объектах. Как правило, система реального времени должна:

• либо по собственной инициативе воздействовать на внешние процессы в заданные моменты времени;

• либо реагировать на внешние события, происходящие на объекте, в течение заданных интервалов времени.

За своевременность воздействий на объект отвечает характеристика deadline. Задержка реакции на внешнее событие характеризуется значениями latency и jitter.

[править]Примеры

Примеры систем, работающих в режиме реального времени:

• АСУ ТП химического реактора;

• бортовая система управления космического аппарата;

• АСНИ в области ядерной физики;

• система обработки аудио- и видеопотоков при трансляции в прямом эфире;

• интерактивная компьютерная игра.

[править]Особенности систем реального времени, управляющих технологическими процессами

Основной особенностью является необходимость использования специализированных программных, аппаратных и алгоритмических решений:

• Промышленных компьютеров, промышленных контроллеров, программируемых логических контроллеров, микроконтроллеров и прочих вычислительных устройств с архитектурой, оптимизированной для использования в сфере автоматизации;

• Операционных систем (ОС) реального времени, таких как QNX, OS-9, VxWorks и пр.;

• SCADA-пакетов и инструментальных сред типа LabVIEW;

• «языков реального времени», к которым относят языки, обладающие встроенными возможностями многозадачного программирования, например Modula-2 и Ada ^[1];

• оборудования УСО, обладающего предсказуемыми временными характеристиками (мультиплексоров, ЦАП и АЦП и пр.);

• «индустриальных СУБД» ^[2];

• «промышленных» шин, интерфейсов и протоколов для построения распределенных автоматизированных систем (RS-485, RS-422, RS-232, Modbus, Profibus, CANBus, VMEbus, IndustrialEthernet, IEEE-488и т. п.);

• специальных алгоритмов ^[3].

[править]Проблемы

При создании систем реального времени приходится решать проблемы привязки внутрисистемных событий к моментам времени, своевременного захвата и освобождения системных ресурсов, синхронизации вычислительных процессов, буферизации потоков данных и т. п. Системы реального времени обычно используют специализированное оборудование (например, таймеры) и программное обеспечение (например, Операционные системы реального времени).

2. Операционные системы реального времени (ОСРВ) предназначены для обеспечения интерфейса к ресурсам критических по времени систем реального времени. Основной задачей в таких системах является своевременность (timeliness) выполнения обработки данных.

В качестве основного требования к ОСРВ выдвигается требование обеспечения предсказуемости илидетерминированности поведения системы в наихудших внешних условиях, что резко отличается от требований к производительности и быстродействию универсальных ОС. Хорошая ОСРВ имеет предсказуемое поведение при всех сценариях системной загрузки (одновременные прерывания и выполнение потоков).

Существует некое различие между системами реального времени и встроенными системами. От встроенной системы не всегда требуется, чтобы она имела предсказуемое поведение, и в таком случае она не является системой реального времени. Однако даже беглый взгляд на возможные встроенные системы позволяет утверждать, что большинство встроенных систем нуждается в предсказуемом поведении, по крайней мере, для некоторой функциональности, и таким образом, эти системы можно отнести к системам реального времени.