Для обеспечения требований предъявляемых к ИУС технологическими процессами, в них должны использоваться ОС реального времени (ОСРВ). Определим отличие ОСРВ от ОС общего назначения. ОС общего назначения, особенно многопользовательские (UNIX, WINDOWS NT) ориентированы на оптимальное распределение ресурсов компьютера между пользовательскими и задачами (системы разделения времени). В ОС РВ – другая главная задача: успеть отреагировать на события, происходящие на объекте. Другое отличие – применение ОС РВ всегда связано с аппаратурой, с объектом и событиями, происходящими на объекте. Наиболее широкий класс пользователей ОС РВ – разработчики комплексов реального времени. При этом программист всегда точно знает, какие события могут происходить на объекте и знает критические сроки обслуживания каждого из этих событий.
Будем называть системой реального времени (СРВ) аппаратно-программный комплекс, реагирующий в предсказуемые времена на непредсказуемый поток внешний событий.
Системы жёсткого И мягкого реального времени
Системы жёсткого реального времени не допускают никаких задержек реакции системы, т.к.:
1) результаты могут оказаться бесполезными в случае опоздания.
2) может произойти катастрофа в случае задержки реакции.
3) стоимость опоздания может оказаться бесконечно велика.
Примеры систем жёсткого реального времени: бортовые системы управления, системы аварийной защиты, регистраторы аварийных событий.
Системы мягкого реального времени характеризуются тем, что задержка реакции допустима, хотя и может привести к увеличению стоимости результатов и снижению производительности в целом. Пр-мер: повторная передача пакета в компьютерной сети.
Свойства ОС РВ
Одно из коренных внешних отличий СРВ от систем общего назначения – четкое разграничение систем разработки и систем исполнения. Системы исполнения ОС РВ – это набор инструментов (ядро, драйверы, исполняющие модули), обеспечивающих функционирование приложений реального времени.
Система разработки – это набор средств, обеспечивающих создание и отладку приложений реального времени.
Параметры и механизмы ОСРВ
1. Время реакции системы.
Почти все производители СРВ приводят такой параметр, как время реакции системы на прерывание, который представляет собой интервал времени от момента возникновения события на объекте до выполнения первой инструкции в программе. Для различных ОС РВ время реакции системы на предприятие лежит в диапазоне от 4 до 8 мкс.
2. Время переключения контекста.
В ОСРВ заложен параллелизм – возможность одновременной обработки нескольких событий. Поэтому все ОСРВ являются многозадачными (многопроцессорными, многонитевыми). Для того, чтобы уметь оценивать накладные расходы при обработке параллельных событий необходимо знать время, которое система затрачивает на передачу управления от процесса к процессу, т.е. время переключения контекста. Для различных ОСРВ это время лежит в диапазоне от 90 до 170 мкс.
3. Размеры системы.
Для СРВ важным параметром является размер системы, а именно суммарный размер минимально необходимого для работы приложения системного набора (ядро, системные модули, драйверы и т.д.). Пр-ры: размер ядра ОСРВ OS-9 – 22Кбайт, а VxWORKS – 16 Кб.
4. Возможность исполнения системы из ПЗУ. Это свойство ОСРВ – одно из базовых. Оно позволяет создавать компактные встречные СРВ повышенной надежности с ограниченным энергопотреблением без внешних накопителей.
Для реализации параметров ОСРВ в заданных пределах используется следующие механизмы:
1. система приоритетов и алгоритмы диспетчеризации;
2. механизмы межзадачного взаимодействия;
3. средства для работы с таймерами.
Программные пакеты реального времени
Количество ОС РВ несмотря на их специфику, очень велико. Среди коммерческих систем реального времени можно выделить группу ведущих систем по объёмам продаж и популярности. Это системы: VxWORKS, OS9,PSOS, Linux OS, QNX, VRTX.
Определим различные классы ОСРВ:
1. исполнительные системы реального времени – имеют различные платформы для систем разработки и использования. Пример: VxWORKS.
2. ядро реального времени – имеют 2 типа систем разработки – кроссовую и резидентную. Наиболее популярна: OS9 и QNX.
3. UNIX реального времени.
Данные ОСРВ содержат те или иные заимствования из ОС UNIX (пользовательский интерфейс, концепция процессов и т.д.). к этому классу относят Linux OS.
1. расширение реального времени для Windows NT.
Тенденция развития ОСРВ
1. Сближение ОСРВ различных классов;
2. Появление во многих ОСРВ таких продуктов, как JAVA реального времени;
3. Появление в ряде ОСРВ (Linux OS, QNX) дополнительных библиотек, реализующих подмножество программного интерфейса WIN 32, что позволяет в недалёком будущем стать WIN 32 – совместимыми.
4. Появление на рынке Windows CE, предназначенной для встраиваемых систем. Для неё также уже разработаны системы реального времени.
86. Системы диспетчерского регулирования и сбора данных (SCADA-системы). Определение, структура, назначение, области применения.
SCADA – Supervisory Control And Data Acquisition.
Диспетчерское управление и сбор данных являются основным и в настоящее время наиболее перспективным методом управления сложными динамическими системами в жизненоважных и критичных с точки зрения безопасности и надежности областях. Именно на принципах диспетчерского управления строятся крупные автоматизированные системы в промышленности, энергетике, на транспорте, в космической и военной областях, в различных государственных структурах. Это отчасти объясняется тем, что в 90-х годах доля человеческого фактора в авариях систем возросла до 80%.
Указанные проблемы привели к увеличению числа исследований по роли человеческого фактора в системах управления, в том числе по оптимизации архитектуры и HMI – интерфейса систем диспетчерского управления и сбора данных.
