Лекции 6-7. Операционные системы реального времени. Применение ОС РВ в системе управления сетями связи.
Основные соотношения токов в транзисторе.
1. Iэ= Iк + Iб
2. Iб= αIэ + Iko, где α – коэффициент передачи тока эмиттера
(α=Ik/Iэ)(0,9-0,999), αIэ – неосновные носители заряда, инжектируемые эмиттером (управляема составляющая), Iko- собственный тепловой ток КП (неупрвляемая составляющая, зависит от окружающей среды).
3. Iб= Iэ - Iк=(1-αs)Iэ - Iko, если Iэ=0, то Iб= -Ik0
Режим реального времени (real time processing) – режим обработки информации, при котором обеспечивается взаимодействие системы обработки информации (микропроцессорной системы) с внешними по отношению к ней процессами в темпе, соизмеримом со скоростью протекания этих процессов (см. ГОСТ 15971-90). В системах реального времени существенную роль играет время генерации выходного сигнала. Здесь сигнал на входе соответствует каким-то измерениям на управляемом объекте (физическом процессе). Выходной сигнал должен быть связан с этими изменениями. Поэтому временная задержка от получения входного сигнала до выдачи выходного сигнала должна быть небольшой, чтобы обеспечить приемлемое время реакции, например миллисекунды.
Программное обеспечение считается работающим в реальном времени, если его быстродействие адекватно скорости протекания физических процессов в системах связи. Например, быстродействие ОС РВ системы коммутации должно быть таково, чтобы в ЧНН обеспечивать время установления межстанционного соединения 3 … 5 секунд при использовании системы сигнализации ОКС№7.
Операционная система реального времени обеспечивают гарантированное, заранее установленное время отклика ОС на внешние события. Таким образом, правильность функционирования системы реального времени зависит не только от логической корректности вычислений, предсказуемости поведения, но и от времени, за которое вычисления физически производятся. Предсказуемость поведения означает, что ОС РВ являются детерминированными системами, каждое действие которых в ответ на внешнее или внутреннее событие является строго документированным и доступным пользователю или разработчику.
Следует отметить, что максимальное время отклика программы на внешнее событие или воздействие достигается максимальным использованием машинным кодом особенностей архитектуры и внутренних инструкций процессора.
Типовая ОС РВ должна соответствовать стандартам переносимых интерфейсов операционных систем POSIX (Portable Operating System Interface). Это необходимо, в первую очередь, для выполнения прикладных программ, в том числе для операционной системы UNIX. При реализации ОС РВ должны учитываться следующие стандарты POSIX для стандартизации программных интерфейсов:
Стандарт IEEE 1003.1a OS definitions (определения ОС) – определяет основные интерфейсы ОС, управление заданиями, сигналы, функции файловой системы, работа с устройствами пользователей, конвейеры, буферы с дисциплиной обслуживания очереди FIFO.
Стандарт IEEE 1003.1b Realtime Extensions (расширения реального времени) описывает сигналы реального времени, диспетчеризация по приоритетам, таймеры, синхронный/асинхронный ввод/вывод, разделяемая память, сообщения.
Стандарт IEEE 1003.1d-1999 содержит требования к дополнительным расширенным возможностям ОС РВ.
В частности, стандарт POSIX 1003.1a дает следующее определение: «Реальное время в операционных системах – это способность операционной системы обеспечить требуемый уровень сервиса в определенный промежуток времени». Под диспетчеризацией понимается применение методов оперативного управления, характеризующихся централизацией функции управления и контроля.
В связи с использованием в средствах связи к ОС РВ могут быть предъявлены следующие требования:
Операционная система должна быть многозадачной и допускающей режим вытеснения;
Операционная система должна поддерживать приоритеты для потоков команд и потоков данных;
Операционная система должна поддерживать предсказуемые механизмы синхронизации нескольких потоков управления вычислениями;
Операционная система должна поддерживать предсказуемость поведения т.е. давать совершенно определенный, заранее определенный отклик на конкретное внешнее воздействие или на внутренний сигнал при всех возможных рабочих нагрузках;
Операционная система должна поддерживать максимальное, известное наперед, время отклика на внешнее событие при всех возможных рабочих нагрузках;
Операционная система должна обеспечивать безотказную работу, т.е. обеспечивать существенные промежутки времени между сбоями и перегрузками, а при необходимости – игнорировать сбой.
Здесь под сбоем понимается самоустраняющийся или перемежающийся отказ программных или аппаратных средств УК.
Классификация ОС РВ приведена на рис.1
Рис.1 – Классификация ОС РВ
Особенностью ОС РВ жесткого реального времени(системы с детерминированным временем) является появление сообщения об отказе, если система неспособна обеспечить реакцию на событие в установленное заранее время. Отказ приводит к невозможности решить поставленную задачу и вызывает переход к блоку аварийных программ. Системы жесткого реального времени чаще всего используются в системах контроля и управления.
В ОС РВ мягкого реального времени (квази-реального времени) в случае, если система неспособна обеспечить реакцию на событие в установленное заранее время, сообщение об отказе не генерируется и ситуация не рассматривается как критическая. Операционная система считается работающей в мягком реальном времени, если ОС РВ способна обеспечивать временные требования в среднем.
Специализированная ОС РВ может выполняться только на данном типе МПр, универсальная ОС РВ обладает свойством непереносимости и может выполняться на нескольких типах МПр.
Применение ОС РВ в системе управления сетями связи.
Рассмотрим в качестве примера применение ОС РВ для управления сетями связи. Для этого рассмотрим особенности применения операционного ядра реального времени для мультипроцессорных систем RTEMS (Real-Time Executive for Multiprocessor Systems). Это некоммерческая ОС РВ, ориентированная на использование в относительно небольших и средних встраиваемых системах управления, контроля и диагностики. Система ОС РВ RTEMS реализована на языке программирования Си, разработчиком является компания OAR (On-Line Applications Research Corporation), США. Система была создана по заказу министерства обороны США для использования в системах управления ракетными комплексами. На данную ОС РВ отсутствуют какие-либо экспортные ограничения, она свободно распространяется в исходных кодах через Интернет.
