МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

Кафедра ИС

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Системы реального времени»

на тему “Общая характеристика систем реального времени”

Студент гр. 1374		Наволоцкий И.Р.
Преподаватель		Сидельников В.В.

Санкт-Петербург

2025г.

Оглавление

Введение 4

Introduction 4

1. Определение систем реального времени 5

1.1) Жёсткие системы реального времени (Hard Real-Time Systems): 5

1.2) Мягкие системы реального времени (Soft Real-Time Systems): 5

2. Основные временные характеристики 6

2.1. t_p ​ — Время выполнения (Execution Time) 6

2.2. t_r ​ — Время реакции системы (Response Time) 6

2.3. d — Предельно допустимое время завершения (Deadline) 6

2.4. p — Период активизации задач (Period) 6

2.5. WCET — Время выполнения в наихудшем случае (Worst-Case Execution Time) 7

2.6. l — Задержка выполнения процедуры обработки события (Event Handling Latency) 7

2.7. Jitter — Отклонение (дрожание) момента активизации 7

3. Периодические, спорадические и асинхронные системы 8

3.1. Периодические системы (Periodic Systems) 8

3.2. Спорадические системы (Sporadic Systems) 8

3.3. Асинхронные системы (Aperiodic Systems) 9

Сравнительная таблица 10

4. Ограничения жесткого и мягкого реального времени 11

4.1. Жесткое реальное время (Hard Real-Time) 11

Основные характеристики 11

Примеры жестких систем реального времени 11

Планирование и обработка задач в жестких системах 11

4.2. Мягкое реальное время (Soft Real-Time) 12

Основные характеристики 12

Примеры мягких систем реального времени 12

Планирование задач в мягких системах 12

4.3. Сравнение жесткого и мягкого реального времени 12

5. Средства связи с объектом 14

Средства связи с объектом в системах реального времени 14

5.1. Классификация средств связи в системах реального времени 14

5.2. Аппаратные интерфейсы связи 14

Основные аппаратные интерфейсы 14

Выбор интерфейса 15

5.3. Протоколы обмена данными в системах реального времени 15

Основные протоколы 15

Выбор протокола 16

5.4. Программные механизмы взаимодействия 16

Основные механизмы связи 16

Выбор механизма 16

5.5. Архитектура связи с объектами в системах реального времени 17

1. Централизованная (Master-Slave) 17

2. Децентрализованная (Peer-to-Peer) 17

3. Публикация-подписка (Publish-Subscribe) 17

Заключение 18

Список использованных источников 19

Введение

Системы реального времени (СРВ) играют ключевую роль в современных технологиях, обеспечивая точное и своевременное выполнение задач в критически важных областях. Их значимость возрастает благодаря необходимости надежных и предсказуемых вычислений в таких сферах, как промышленная автоматизация, медицина и транспорт.

В этом реферате рассматриваются основные концепции и характеристики СРВ, их классификация на жесткие и мягкие системы, ключевые временные параметры, такие как задержка и джиттер, ограничения, связанные с ресурсами и производительностью, а также средства взаимодействия с объектами, включая протоколы связи и интерфейсы.

Introduction

Real-time systems (RTOS) play a key role in modern technology, ensuring accurate and timely execution of tasks in critical areas. Their importance increases due to the need for reliable and predictable computing in areas such as industrial automation, medicine, and transportation.

This abstract examines the basic concepts and characteristics of the SRW, their classification into hard and soft systems, key time parameters such as latency and jitter, resource and performance constraints, as well as the means of interacting with objects, including communication protocols and interfaces.

1. Определение систем реального времени

Системы реального времени (СРВ) — это вычислительные системы, предназначенные для обработки данных и выполнения задач в строго определённые временные рамки. Основная особенность таких систем заключается в том, что они должны оперативно реагировать на внешние события и выполнять задачи в заданные временные интервалы. СРВ можно разделить на две основные категории:

1.1) Жёсткие системы реального времени (Hard Real-Time Systems):

• В таких системах нарушение временных ограничений может привести к катастрофическим последствиям.

• Примеры: системы управления полетами, медицинское оборудование, автомобильные системы безопасности.

1.2) Мягкие системы реального времени (Soft Real-Time Systems):

• В этих системах нарушение временных ограничений не приводит к критическим последствиям, но может снизить качество обслуживания.

• Примеры: потоковое видео, онлайн-игры, финансовые системы.

Основные характеристики систем реального времени включают:

• Детерминированность: Система должна выполнять задачи в предсказуемые временные интервалы.

• Приоритетность: Задачи могут иметь разные уровни приоритета, и система должна уметь управлять этими приоритетами.

• Надёжность: Системы реального времени должны быть устойчивыми к сбоям и обеспечивать высокую степень надёжности.

Системы реального времени находят применение в различных областях, где важна своевременная обработка данных, таких как промышленная автоматизация, телекоммуникации, авиация и медицина.

2. Основные временные характеристики

Основные временные характеристики в системах реального времени играют ключевую роль в обеспечении предсказуемости и надежности выполнения задач. Рассмотрим их подробно:

2.1. t_p ​ — Время выполнения (Execution Time)

• Это время, необходимое процессору для завершения выполнения задачи без учета внешних задержек, таких как ожидание ресурсов или прерывания.

• В системах реального времени важно различать среднее (average execution time) и наихудшее время выполнения (WCET).

2.2. t_r ​ — Время реакции системы (Response Time)

• Это время между поступлением события и завершением обработки задачи, связанной с этим событием.

• Состоит из задержки активации задачи, времени ожидания процессора и времени выполнения.

• В критических системах (авиация, медицина) минимизация времени реакции жизненно важна.

2.3. d — Предельно допустимое время завершения (Deadline)

• Это временной интервал, в течение которого задача должна быть завершена.

• Разделяется на три типа:

  • Жесткий дедлайн (Hard Deadline) – нарушение приводит к катастрофическим последствиям.

  • Мягкий дедлайн (Soft Deadline) – возможны отклонения, но желательно минимизировать их.

  • Фирменный дедлайн (Firm Deadline) – нарушение приводит к бесполезности результата (например, кадр видео не успевает к моменту показа).

2.4. p — Период активизации задач (Period)

• Время между двумя последовательными активациями периодической задачи.

• Например, если система обрабатывает данные с датчика каждые 10 мс, то период активизации p=10p = 10p=10 мс.

• Важен для планирования задач в системах реального времени.