Introducción a los Sistemas de Tiempo Real

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Introducción a los Sistemas de Tiempo Real

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Introducción: Definición

© ¿Qué es un sistema de tiempo real?

3Un STR es cualquier sistema de procesamiento de la información q ue tiene que responder a estímulos de entrada generados externamente dentro de un periodo de tiempo finito y especificado

3La exactitud depende del resultado lógico y también del tiempo en que fue entregado el resultado

Exactitud (STR) = f (exactitud lógica, exactitud temporal) 3Un fallo en la respuesta tiene consecuencias tan negativas como una

respuesta equivocada

© Comparación entre sistemas

3La computación general dirigida a obtener el rendimiento más alto del caso medio

3La computación tolerante a fallos se enfoca al manejo de fallos 3La computación de tiempo real se enfoca al manejo del tiempo

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Introducción: Sistemas empotrados

© Papel del computador en un sistema de tiempo real

3Conectado directamente a algún equipo físico y dedicado a monitorizar y/o controlar el funcionamiento de ese equipo

© Sistemas empotrados (embedded systems)

3Muchos sistemas de tiempo real son componentes de otros sistema s, en los que realizan funciones de control

3Ejemplos

Gautomóviles, electrónica de consumo (teléfono, radio, TV), electrodomésticos, periféricos de computador, ...

3Características

GEl computador no es visible desde fuera y los recursos son limitados

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Introducción: Estructura de un STR

Algoritmos de control

Información

Información a recuperar o visualizar

Interfaz con el operador Computador Reloj

Base de datos

Interfaz Sistema a controlar

Sistema de monitorización remoto

Pantalla

Consolas de operación

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Introducción: Requisitos funcionales de un STR

© Adquisición de datos

3Medida de variables

Gcada variable pertenece la esfera de control de un susbsistema Gfuera de su esfera de control se puede observar, pero no cambiar Gla imagen de una variable en el STR tiene un intervalo de validez Glas medidas pueden estar dirigidas por tiempo o por sucesos 3Acondicionamiento de señales

Glos datos brutos se filtran y convierten a unidades de ingeniería Gluego se analizan para obtener datos validados

3Supervisión

Gcuando algún dato tiene valores incorrectos se generan alarmas GImportante identificar el suceso original de una serie de alarmas

encadenadas

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Introducción: Requisitos funcionales de un STR

© Control digital directo

3El sistema de tiempo real puede actuar sobre el sistema controlado para conseguir que tenga un comportamiento determinado

3Normalmente se usa un esquema con realimentación

Gla acción de control es función de la desviación entre los valores de la referencia y los valores medidos de las variables

Gel diseño de los algoritmos de control es un problema importante 3El comportamiento es muy regular (muestreo periódico)

© Interacción con personas

3La interfaz de operador es importante Guna mala interfaz puede causar accidentes 3Aspectos típicos

Gpresentación de datos, alarmas, de tendencias Gregistro de datos y generación de informes

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Introducción: Requisitos temporales de un STR

© Las acciones de los sistemas de tiempo real se ejecutan repetidamente, dentro de intervalos de tiempo determinados

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Introducción: Ejemplos de STR

Sistema de control de fluido

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Introducción: Ejemplos de STR

Sistema de control de procesos

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Introducción: Ejemplos de STR

Sistema de control de la producción

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Introducción: Ejemplos de STR

Sistema de control y comando

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Introducción: Clasificación de un STR

Según la forma de arrancar la ejecución de sus actividades

© Sistemas dirigidos por eventos (event-tiggered systems)

3Arranque cuando se produce un suceso de cambio de estado 3Mecanismo básico: interrupciones

3Ejemplos

GCierre de una válvula cuando se alcanza un nivel, parada de un motor al alcanzar una posición, indicación de alarma

© Sistemas dirigidos por tiempo (time-triggered systems)

3Arranque en instantes de tiempo predeterminados 3Mecanismo básico: reloj

3Ejemplos

GControl de procesos con muestreo de sensores y envío de señales a los actuadores de forma periódica

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Introducción: Terminología

© Hard real-time

3Sistemas donde es absolutamente indispensable que las respuestas se produzcan dentro del plazo de finalización impuesto

GEjemplo: Sistemas de control del vuelo de un avión

© Soft real-time

3Sistemas donde los plazos de finalización son importantes pero t odavía funcionará correctamente si se pierden a veces los plazos de

finalización

GEjemplo: Sistema de adquisición de datos

3Sistemas que son hard real-time y cuyos tiempos de respuesta son muy cortos

GEjemplo: Sistema de guiado de misiles

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Introducción: Terminología

3Sistemas que son soft real-time pero en los que no se obtiene ningún beneficio de entregar tarde el servicio

con la pérdida de cada plazo de finalización (deadline)

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Introducción: Características de un STR

3Un STR debe responder a eventos del mundo real, donde existe una gran variedad de eventos ” gran tamaño y complejos

3Los dispositivos funcionan en paralelo dentro del mundo real

3Dos planteamientos para expresar la concurrencia dentro del programa GEjecutar de forma cíclica una secuencia de programa para manejar varias

actividades concurrentes

GSería mejor modelar este paralelismo con entidades concurrentes en la aplicación

3Necesita ser capaz de programar dispositivos de una forma abstra cta y exacta

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Introducción: Características de un STR

3El sistema no debe colapsarse cuando se produzca una carga máxima 3Debe estar diseñado para manejar todas las situaciones posibles

3Los sistemas empotrados controlan el entorno donde operan

3Un fallo en el control puede producir la pérdida de vidas, un daño al entorno y una pérdida económica

3Un fallo en el hardware o software no debe provocar que el derru mbe del sistema (tolerancia a fallos)

3Estructura modular para asegurar que son posibles futuras modificaciones

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Introducción: Características de un STR

3Se necesita la capacidad de predecir con confianza los tiempos de respuesta del peor caso para los sistemas

3Facilidades de control de tiempo-real

GEspecificar tiempos en los que las acciones deben ser realizadas y completadas

GResponder a situaciones donde no se pueden encontrar los requisitos de temporización y donde cambian dinámicamente

La eficiencia es importante pero la predicibilidad es esencial

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