1.3. Параметры осрв

Если система общего назначения обычно воспринимается как готовый набор приложений/оборудования, то СРВ служит инструментом для создания конкретного аппаратно-программного комплекса реального времени, позволяющего регистрировать поток сообщений от сторонних систем, устройств и датчиков в предсказуемые интервалы времени. Комплекс должен успевать регистрировать и реагировать на событие в течение времени, критического для конкретного события (meet deadline). Величина критического времени для каждого события определяется собственно объектом, самим событием. Отсутствие должной реакции в предсказанное время считается ошибкой для системы. В связи со специфичностью решаемых задач, ОСРВ должна обладать определенными свойствами.

1. Время реакции системы это интервал времени от момента возникновения события на объекте до выполнения первой команды в программе обработки этого события. Время реакции СРВ включает две компоненты:

   • Время реакции системы на внешние события – время выполнения цепочки действий от события на объекте до генерации прерывания.

   • Время от возникновения запроса на прерывание до выполнения первой команды его обработчика. Время реакции системы на события не зависит от ОСРВ и целиком определяется аппаратурой, а вот интервал времени – от возникновения запроса на прерывание и до выполнения первой инструкции обработчика определяется целиком свойствами ОС и архитектурой компьютера. Это время оценивается в худшей для системы ситуации, то есть при условии, что процессор загружен, в это время происходят другие прерывания, а система выполняет какие-то действия, блокирующие прерывания.

2. Время переключения контекста. В ОСРВ изначально заложен параллелизм, т.е. возможность одновременной обработки нескольких событий, поэтому все ОСРВ являются многозадачными (многопроцессными или многонитевыми). ОСРВ содержат механизмы, гарантирующие заранее вычисленное время реакции системы. Эта гарантия достигается знанием максимального времени блокировок прерываний в системе, времени переключения контекста, времен выполнения различных системных вызовов, применением нужных механизмов диспетчеризации и пр. То есть время реакции на события для ОСРВ можно вычислить с большой точностью. Эти вычисления невозможны для ОС LINUX и Windows NT – здесь можно полагаться только на результаты тестирования, эмпирические оценки.

3. Время перезагрузки системы, которое определяет выбор ОС, от которой требуется непрерывная работа. Для повышения надежности ОС, т.к. от ошибок никто не застрахован, ставятся ловушки, отслеживающие зависание системы или приложений, и автоматически перезагружающие систему. В большинстве систем (OS9, VxWorks) время загрузки можно регулировать, изменяя стартовые последовательности. В ОС LINUX время загрузки в стандартном варианте более минуты, система неустойчива к внезапным остановам – требуется стандартная процедура завершения работы с системой (shutdown). Однако LINUX достаточно гибок и можно, используя специальные опции файловой системы, создать конфигурации системы, в которых время загрузки будет уменьшено до десятка секунд и система будет устойчива к сбоям. В Windows NT время загрузки более минуты, система неустойчива к внезапным сбоям. Использование расширений реального времени (RTX) позволяет детектировать зависание системы и выполнить в этих случаях необходимые операции по спасению данных и по выполнению каких-то страховочных действий.

4. Размеры системы исполнения является важным параметром ОСРВ, поскольку важен суммарный размер минимально необходимого для работы прикладных программ приложения системного набора (системное ядро, системные модули, драйверы). Во времени этот параметр снижается, но он остается важным, и производители ОСРВ стремятся к тому, чтобы он был не велик (ОСРВ OS9–22 Кбайт, VxWorks–16 Кбайт).

1. Возможность исполнения ОСРВ из ПЗУ. Система должна иметь возможность осуществлять загрузку из ПЗУ. Для экономии места в ПЗУ часть системы может храниться в сжатом виде и загружаться в ОЗУ по мере необходимости. Часто система позволяет исполнять код как в ПЗУ, так и в ОЗУ. При наличии свободного места в ОЗУ система копирует себя из медленного ПЗУ в более быстрое ОЗУ.

2. Механизмы ОСРВ (система приоритетов, алгоритмы диспетчеризации, методы межзадачного взаимодействия, средства для работы с таймерами). Требования к ОСРВ изложены в группе международных стандартов POSIX (переносимый интерфейс ОС), разработанных одним из рабочих комитетов международного профессионального объединения технических специалистов IEEE.

К дополнительным свойствам ОСРВ можно отнести следующие:

– Наличие необходимых драйверов устройств. Если разрабатываемая система имеет обширную периферию, то наличие уже готовых драйверов может оказать большое влияние на выбор ОС. Самый большой набор драйверов создан для ОС LINUX и Windows NT. Наиболее популярные ОС РВ, такие, как VxWorks, OS9, QNX, имеют обширные наборы драйверов и содержат средства для их быстрой разработки.

– Поддержка процессоров различной архитектуры. В связи с тем, что в промышленных компьютерах, серверах, встраиваемых системах широко распространены процессоры разной архитектуры с различной системой команд, ОСРВ по возможности должна поддерживать как можно более широкий ряд процессоров.

– Одной из важных характеристик ОСРВ является наличие специального кроссплатформенного инструментария разработчика, поскольку разработка СРВ проводится на «обычном» компьютере, отличном по архитектуре от компьютера, на котором будет устанавливаться СРВ. При этом ОС на этих компьютерах также может не совпадать.

Важнейшими характеристиками ОСРВ являются заложенные в ОС механизмы реального времени:

– Система приоритетов и алгоритмы диспетчеризации. Базовыми инструментами разработки сценария работы системы являются система приоритетов процессов (задач) и алгоритмы планирования (диспетчеризации) ОСРВ. В многозадачных ОС общего назначения используются различные модификации алгоритма циклической диспетчеризации, основанные на понятии непрерывного кванта времени ("time slice"), предоставляемого процессу для работы. Планировщик по истечении каждого кванта времени просматривает очередь активных процессов и принимает решение, кому передать управление, основываясь на приоритетах процессов (численных значениях, им присвоенных). Приоритеты могут быть фиксированными или меняться со временем – это зависит от алгоритмов планирования в данной ОС, но рано или поздно процессорное время получат все процессы в системе.

– Механизмы межзадачного взаимодействия. Другой набор механизмов реального времени относится к средствам синхронизации процессов и передачи данных между ними. Для ОСРВ характерна развитость этих механизмов. Многие из подобных механизмов используются и в ОС общего назначения, но их реализация в ОСРВ имеет свои особенности – время исполнения системных вызовов почти не зависит от состояния системы, и в каждой ОСРВ есть, по крайней мере, один быстрый механизм передачи данных от процесса к процессу.

– Средства для работы с таймерами необходимы для систем с жестким временным регламентом, поэтому развитость средств работы с таймерами – необходимый атрибут ОС РВ. Эти средства позволяют:

• измерять и задавать промежутки времени от 1 мкс и выше;

• генерировать прерывания по истечении временных интервалов;

• создавать разовые и циклические будильники.

Почти в каждой ОСРВ имеется набор дополнительных, специфических только для нее механизмов, касающихся системы ввода/вывода, управления прерываниями, работы с памятью. Каждая система содержит также ряд средств, обеспечивающих ее надежность.