20. Программное обеспечение сАиУ

Структура программного обеспечения САиУ

Программное обеспечение, используемое в современных САиУ, можно подразделить по его структурному назначению (см. рис. 14.1).

Часть программного обеспечения — системное программное обеспечение — обычно поставляется фирмой и рассчитана на конкретную вычислительную платформу, используемую в данной САиУ. Системное программное обеспечение прежде суть операционные системы - системы программ, предназначенных для обеспечения определённого уровня эффективности вычислительной системы за счёт автоматизированного управления её работой и предоставления пользователям определённого набора услуг.

Рис. 14.1. Структура ПО САиУ

Операционная система реального времени (ОС РВ), как и всякая другая операционная система, выполняет следующие основные функции, необходимые при использовании средств вычислительной техники в автоматике:

• обеспечение бесконфликтного взаимодействия множества параллельных задач (процессов) с аппаратурой;

• бесконфликтное разделение общих ресурсов вычислительной системы (память, процессорное время и т.п.);

• обеспечение безопасной передачи данных между процессами в защищенных адресных пространствах;

• обеспечение стандартных средств доступа к ресурсам без необходимости программисту писать соответствующие коды;

• обеспечение стандартных телекоммуникаций и сетевой поддержки;

• поддержание службы времени (системных и сетевых таймеров);

• создание вычислительной среды повышенной надёжности, осуществляющей, среди прочего, диагностику и индикацию неисправностей.

Особенностью ОС РВ является выполнение этих функций за гарантированное время.

Существуют разные структуры ОС РВ (монолитные, на основе микроядра, объектно-ориентированные), но главное заключается в том, что любая ОС отделяет от исполняемых задач аппаратуру, гарантируя стандартные надёжные методы доступа к ней, и обеспечивает взаимодействие между задачами (рис. 14.2).

Рис. 14.2 Иллюстрация к работе операционной системы

Обзор операционных систем реального времени

Главный критерий, по которому операционные системы можно разделить на обычные и ОС РВ, - строго определенная задержка (время ожидания) каждого процесса, прежде чем он получит управление. В ОС РВ различают два основных элемента - это время отклика и детерминизм. Время отклика определяет среднюю задержку системы при ответе на запросы. Детерминизм - это показатель наибольшей задержки системы (иначе, предсказуемость времени реакции).

Системы реального времени также делятся на

• системы мягкого реального времени (МРВ) - возможна потеря внешнего события (прерывания) без оказания серьезного влияния на систему в целом

• жёсткого реального времени (ЖРВ) - потерянное прерывание имеет серьезные последствия

Большинство ОС РВ поддерживает индустриальные стандарты VME, POSIX, TCP/IP, NFS и Motif. В настоящее время интерес к операционным системам реального времени очень велик.

Известно множество старых и постоянно появляются проекты новых ОС РВ. Рассмотрим некоторые из них, как наиболее характерные и часто применяемые.

Каждая из ведущих фирм-производителей, выпускающих промышленные компьютеры, обязательно имеет сегодня версию своей операционной системы для работы в реальном масштабе времени. Для компании Hewlett-Packard (HP) -это HP RT, для компании SGI - REACT, для систем фирмы Motorola - семейство различных ОС РВ, среди которых можно назвать LynxOS компании Lynx Real-Time Systems Inc, многозадачную систему OS-9 фирмы Microware Systems Corporation и др.

Прикладное программное обеспечение

С точки зрения инженера, создающего комплекс средств САиУ, прикладное программное обеспечение можно разбить на следующие важнейшие группы:

• дополнения к операционной системе (драйверы и т.п.);

• программы управления, снятия (получения) и передачи данных, обработки данных, планирования и т.п., то есть прикладные вычислительные задачи;

• программное обеспечение локальных регуляторов. Эта часть программного обеспечения часто создаётся для специализированных микроконтроллеров и поэтому имеет свои особенности.