东北大学实时系统课件2
实时系统-2
• Fuel injection: C=40ms,T=80ms
• Other software with soft deadlines e.g audio, air condition etc.
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The car controller: static cyclic scheduling
• The shortest repeating cycle = 80ms
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A classic paper on real-time systems
• C. L. Liu , James W. Layland, Scheduling Algorithms for Multiprogramming in a Hard-Real-Time Environment, Journal of the ACM (JACM), v.20 n.1, p.46-61, Jan. 1973
• A task set
– All tasks are independent – The periods of tasks start at 0 simultaneously
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CPU utilization
• Ci/Ti is the CPU utilization of a task
• U=Σ Ci/Ti is the CPU utilization of a task set
• The table can be huge (-)
– Huge memory-usage – Difficult to construct the time table
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Example: shortest repeating cycle
• OBS: The LCM determines the size of the time table
BEPCⅡ实时数据信息管理系统课件
• ④采用完全开放策略,支持所有的工业标准,能在所有主 流平台上运行
• ⑤Oracle9iAS应用服务器,提供了具有高可伸缩性、与数 据库紧密集成、基于标准的应用基础结构,具有创建、提 交和管理应用所需要的一切中间件功能。
• ⑥支持多种工业标准,利用ODBC、JDBC、OCI驱动机制可
与多种数据库连接。 BEPCⅡ实时数据信息管理系统
BEPCⅡ实时数据信息管 理系统
BEPCⅡ实时数据信息管理系统
1
BEPCⅡ实时数据信息管理系统
• 课题来源
• 系统功能
• 研究意义
• 后续与潜在应用
• 主要研究内容
• 选择数据库系统和应用开发工具
• 研究工作的主要阶段
• 途径与技术路线
BEPCⅡ实时数据信息管理系统
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课题来源
• 2001年9月29日加速器中心副主任马力和控制系统负责人赵籍九 同志来计算中心商讨建立BEPCⅡ实时数据信息管理系统的事宜, 并希望该系统的建造与BEPCⅡ的建造同步。
②近年来建模方法被广泛应用于系统的需求和设计阶 段,而集成了多种方法的优点并被对象管理组织 OMG接纳为标准建模语言的UML(United Modeling Language),在国外已被大量用于软件开 发中。
BEPCⅡ实时数据信息管理系统
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主 要 研 究 内 容(三)
③Rational Rose是分析和设计面向对象软件系统的强大工具,也 是用UML快速开发应用程序的CASE工具。 ④CERN欧洲空间中心ESA研制的软件工程标准PSS-05,该标准 已被引入到LHC控制系统建造中。 ⑤ Microsoft
BEPCⅡ实时数据信息管理系统
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主 要 研 究 内 容(四)
2024版实时操作系统RTOS培训课件
动态内存分配策略实现
首次适应算法
从内存池起始位置开始查找,选 择第一个满足需求的空闲内存块。
实现简单,但可能导致内存碎片 问题。
最佳适应算法
搜索整个内存池,选择大小最接近 需求的空闲内存块。减少了内存浪 费,但可能导致过多的内存碎片。
最差适应算法
选择最大的空闲内存块进行分配。 减少了内存碎片的产生,但可能导 致较大的内存浪费。
RTOS在汽车电子领域应用
阐述RTOS在汽车电子领域的应用,如汽车控制系统、车载信息娱 乐系统等,并介绍相关案例。
其他领域应用
简要介绍RTOS在其他领域的应用,如工业自动化、医疗设备、航 空航天等。
挑战与机遇
技术挑战
分析未来嵌入式系统中RTOS面临的技术挑战,如多核处理器支 持、低功耗设计、安全性保障等。
一种进程间通信方式,允许不同进程将消息发送至队列,并由其他进程从队列中接收消 息,实现进程间的数据交换。
共享内存(Shared Memory)
允许多个进程访问同一块内存空间,通过读写共享内存实现进程间的数据交换和通信。
进程同步方法讲解
互斥锁(Mutex)
一种同步机制,用于保护共享资源,确保同一时间只有一个进程可以访问共享资源。
市场机遇
探讨RTOS在未来嵌入式系统中的市场机遇,如物联网、边缘计 算等新兴领域的发展带来的需求增长。
发展趋势预测
预测未来RTOS在嵌入式系统中的发展趋势,如微内核架构、虚 拟化技术、人工智能融合等方面的技术创新。
系统稳定性
不恰当的中断和异常处理可能 导致系统崩溃或数据丢失。
完善中断和异常处理,提升系统稳定性
优化中断和异常处理流程
减少不必要的上下文切换和内存访问,提高处理效率。
第二章实时系统
第二章实时系统实时-主要内容基本概念实时任务调度 实时操作系统 实时系统构建 小结实时-基本概念Terms and ConceptsType of Timing Attributes实时-Terms and Concepts(1)Real Time SystemDefinitionA real-time system is a system where the correctfunctioning of the system depends on the resultsproduced by the system and the time at which theseresults are produced-Jane W. S. Liu实时系统是指在确定时间内完成规定功能,并对外部异步事件做出正确相应的计算机系统。
实时-Terms and Concepts(2)Real Time System (cont.)Features (特征)Systems which monitor and control their environmentInevitably associated with hardware devicesSensors: Collect data from the system environmentActuators: Change (in some way) the system'senvironmentTime is critical. Real-time systems MUST respond withinspecified times实时-Terms and Concepts(3)Real Time System (cont.)The Compare of different system实时-Terms and Concepts(4)Real Time System (cont.)Question?举例:(1)是实时系统但不是嵌入式系统(2)是嵌入式系统但不是实时系统(3)实时系统也是嵌入式系统实时-Terms and Concepts(5)Real Time System (cont.)A Embedded Real Time Controller实时-Terms and Concepts(6)Real Time System (cont.)性能参数系统性响应时间(response time of the system)从识别一个外部事件到做出响应的时间。
实时操作系统详细解析优秀课件
1.1 操作系统的分类
嵌入式操作系统的种类繁多,大体上可分为两种, 商用型和免费型。
商用型的实操作系统功能稳定、可靠,有完善的技 术支持和售后服务,但往往价格昂贵。
免费型的实时操作系统在价格方面具有优势,目前 主要有Linux和μC/OS,稳定性与服务性存在挑战。
1.1 操作系统的分类
(1)顺序执行系统:系统内只含有一个程序,独占 CPU的运行时间,按语句顺序执行该程序,直至执 行完毕,另一程序才能启动运行。如DOS操作系统。
一般实时系统,其系统响应时间在毫秒-几秒的数 量级上,其实时性的要求比强实时系统要差一些 (电子菜谱的查询)。
弱实时系统,其系统响应时间约为数十秒或更长 (工程机械)。
按软件结构分类
1)循环轮询系统:(Polling Loop)
最简单的软件结构是循环轮询,程序依次检查系统的每一个输入条件,一 旦条件成立就进行相应的处理。
(2)分时操作系统:系统内同时可以有多个程序运行, 把CPU的时间按顺序分成若干片,每个时间片内执 行不同的程序。如UNIX
(3)实时操作系统:系统内有多个程序运行,每个程 序有不同的优先级,只有最高优先级的任务才能占 有CPU的控制权。
按实时性分类
强实时系统,其系统响应时间在毫秒或微秒级(数 控机床);
实时应用程序的设计过程,包括如何把问题分割成多个 任务。
1、实时操作系统概念及C/OS-Ⅱ简介
最新东北大学分布式操作系统课件
– 电子部件称为设备控制器或适配器(Adaptor),OS仅跟控 制器(或 通道)打交道
2006-2-28
东北大学软件所 于戈
第0章 操作系统回顾
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IO中断方式
(a)
(b)
(a) 启动 I/O设备和接受中断的步骤 (b) 中断处理步骤
2006-2-28
东北大学软件所 于戈
打印机
纸带机
2006-2-28
东北大学软件所 于戈
第0章 操作系统回顾
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80年代计算机
并行 服务器
64个 CPU
2006-2-28
东北大学软件所 于戈
第0章 操作系统回顾 日本富士通公司技术展示室 27
90年代计算机
美国LANL实验室6000节点的MPP计算机
2006-2-28
东北大学软件所 于戈
2006-2-28
东北大学软件所 于戈
第0章 操作系统回顾
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进程管理
• 进程: •一个运行的程序,包含内核映像和上下文。
• 进程树( process tree)
– 进程A 创建两个子进程: B和 C – B 又创建三个子进程: D, E,和 F
2006-2-28
东北大学软件所 于戈
第0章 操作系统回顾
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CPU(中央处理单元)
整形
n+2 n+1 n
浮点
逻辑
(a) 三阶段流水线(管道)结构 (b) 超标量( superscalar) CPU
2006-2-28
东北大学软件所 于戈
第0章 操作系统回顾
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存储器
• 典型存储器层次结构
实时操作系统(RTOS)培训
实时操作系统(RTOS)培训实时操作系统 (RTOS) 培训1、简介1.1 RTOS 的定义1.2 RTOS 的优势和应用领域2、RTOS 架构2.1 硬件抽象层 (HAL)2.2 内核 (Kernel)2.3 任务管理器 (Task Manager)2.4 时钟管理器 (Clock Manager)2.5 中断管理器 (Interrupt Manager)2.6 设备驱动程序 (Device Drivers)3、RTOS 任务管理3.1 任务的创建和销毁3.2 任务的优先级和调度3.3 任务间的通信和同步3.4 任务的堆栈管理3.5 任务的状态和状态转换4、RTOS 时钟管理4.1 时间片轮转调度算法4.2 周期性任务和定时器4.3 外部中断和时钟中断的处理4.4 时钟精度和延迟的优化策略5、RTOS 中断管理5.1 中断的优先级和处理5.2 中断的嵌套和屏蔽5.3 多线程中断处理5.4 异步事件和中断处理6、RTOS 设备驱动程序开发6.1 设备驱动程序的原理6.2 设备驱动程序的接口和功能 6.3 设备驱动程序的开发流程 6.4 设备驱动程序的调试和优化7、附录附件一、实例代码附件二、示意图附录:1、本文档涉及附件:附件一、实例代码 - 包含本文档中提到的示例代码的详细代码清单。
附件二、示意图 - 包含本文档中提到的示意图的详细图示。
2、本文所涉及的法律名词及注释:2.1 RTOS - 实时操作系统(RTOS)是一种专为实时应用设计的操作系统,具有高可靠性和响应性。
2.2 HAL - 硬件抽象层(HAL)是一种软件层,用于在RTOS和底层硬件之间提供接口和抽象。
2.3 内核 - 内核是RTOS的核心部分,负责管理任务、内存、中断等关键系统资源。
2.4 任务管理器 - 任务管理器负责任务的创建、销毁、调度和通信等任务管理功能。
2.5 时钟管理器 - 时钟管理器负责时钟的管理,包括调度时间片、处理定时器、处理中断等功能。
实时操作系统使用指南
实时操作系统使用指南第一章:实时操作系统简介实时操作系统(RTOS)是一种专门设计用于实时应用的操作系统。
它可以满足对时间响应要求非常高的应用程序,例如航空航天、医疗设备、工业自动化等领域。
本章将介绍实时操作系统的基本概念、分类和特点。
1.1 实时操作系统概念实时操作系统是指在严格的时间约束下,保证应用程序在规定的时间内完成响应的操作系统。
它能够在固定时间内响应外部事件的发生,并完成相应的任务。
1.2 实时操作系统分类实时操作系统根据任务的执行时限,可以分为硬实时和软实时两种。
硬实时要求系统在严格的时间限制下完成任务,而软实时要求系统在大多数时候满足时间要求,但可以在一些情况下超过限制。
1.3 实时操作系统特点实时操作系统的特点包括快速响应、高可靠性、严格时间约束和可预测性等。
它们能够高效地处理实时数据,提供稳定可靠的系统性能。
第二章:实时操作系统应用领域实时操作系统在许多领域都有广泛的应用。
本章将介绍实时操作系统在航空航天、医疗设备和工业自动化等领域的具体应用。
2.1 航空航天领域实时操作系统在航空航天领域被广泛应用,用于飞行控制、导航系统和通信等任务。
它们可以确保飞行器的稳定飞行,提供高可靠性的飞行控制功能。
2.2 医疗设备领域在医疗设备领域,实时操作系统用于控制和监测医疗仪器的运行。
例如,心脏起搏器、呼吸机和血压监测仪等设备都需要实时处理和反馈数据,以保证患者的生命安全。
2.3 工业自动化领域实时操作系统在工业自动化领域的应用十分广泛。
它们用于控制和管理自动化系统,如机器人、生产线和仓储系统等。
实时操作系统能够提供高效稳定的工业控制功能,提高生产效率和质量。
第三章:实时操作系统特性与选择选择适合的实时操作系统对于应用程序的性能至关重要。
本章将介绍实时操作系统的特性,并提供一些选择实时操作系统的指导原则。
3.1 实时调度算法实时操作系统的调度算法直接影响任务的执行顺序和响应时间。
常用的调度算法包括先来先服务(FIFO)、最短剩余时间优先(SRTF)和优先级调度等。
东北大学实时系统课件
A Real-Time Control System
2021/4/248
A Real-Time Control System
• Selection of the sampling period
东北大学实时系统课件
博学之,审问之,慎寺之,明辩之,
1
笃行之。精心整理,欢迎收藏
Computing Evolution
• Mainframe computing (60’s-70’s)
– Large computers to execute big data processing applications
enough, dynamic data structures e.g. Queue), no virtual memory – Communication delays in a distributed environment
Why Achieving Predictability is Hard?
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Timing Analysis
• How to rigorously verify the timing correctness?
– An extremely difficult problem …
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Real-Time Computing Technology
• Some leading countries
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The story about the Pathfinder on Mars …
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What do we learn?
实时系统教学设计 (2)
realtimesystems/实时系统教学设计实时系统是指系统在规定的时间内对外部事件作出及时响应的能力。
实时系统在现代社会中具有重要的应用价值,如工业自动化、网络通信、特种航空领域等。
为了满足社会对实时系统高级人才的需求,本文将介绍一种实时系统教学设计。
以下将分别从教学目标、教学内容、教学方法、教学评估等方面进行阐述。
教学目标本教学设计的目标是,通过对实时系统的学习,使学生具有以下能力:1.掌握实时系统的概念、特点、分类和应用;2.熟悉实时任务的调度算法和多任务并行的方法;3.学习实时系统的实现方法和优化技术;4.能够设计和实现简单的实时系统;5.培养学生的团队合作、创新和实践能力。
教学内容第一章实时系统概述•实时系统的定义和特点;•实时系统的分类;•实时系统的应用领域。
第二章实时任务调度•实时任务的特点;•实时任务调度算法;•多任务并发处理。
第三章实时系统实现方法•数据采集和检测技术;•实时操作系统;•原理和实现。
第四章实时系统优化技术•系统性能优化技术;•运行效率优化技术;•代码优化技术。
第五章案例分析•实时系统案例分析;•实时系统设计思路。
教学方法1.授课法:通过教师的讲授,让学生掌握实时系统的概念、特点、分类和应用;2.实验法:通过实验操作,让学生熟悉实时任务的调度算法和多任务并行的方法,以及实时系统的实现方法和优化技术;3.小组讨论法:鼓励学生之间进行交流和合作,促进学生的团队合作、创新和实践能力的培养。
教学评估1.开展面向任务的作业:通过要求学生设计和开发简单的实时系统,检测学生的学习成果;2.开展学生自主评估:让学生根据自己的学习情况和个人体验,对本教学设计进行评估和反馈;3.推荐学生参加实时系统项目实践。
结语本教学设计旨在培养学生对实时系统的认识和应用能力,使他们具有更高的就业竞争力和创新潜力。
同时,教学过程注重实践教学,培养学生的创新精神和实践能力,对学生未来的职业和学术发展有着重要的促进作用。
第十三讲实时操作系统
1、基本概念
1.1 实时
物理进程发生的真实时间。 如计算机系统,按照计算机外某进程 在时间关系上所提出的要求,与该外 部进程相关联地处理数据,以便用计 算结果来引导此物理进程。
2022/2/17
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1.2 实时操作系统
具有实时特性,能调配系统 资源,支持实时控制系统工作的 操作系统。它能将系统中各种设 备有机地联系在一起并控制它们 完成既定的任务。
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S1 S1
S1 S1
S2
S2
S2 S2
S1 S2
D
S1 S2
D
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3.4 I/O
通用 I/O:字符/DMA
实时系统特殊的 I/O:
n DMA
n 利用规律性,减小系统开销
(2) 实时系统,系统响应时间 :S (3) 弱实时系统,系统响应时间:××s
(4) 非实时系统,
2022/2/17
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2.2 按功能分类
2.3 按应用环境分类
嵌入式
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3、实时操作系统的基本特点 3.1 国际标准 POSIX 1003.4
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现在您浏览到是七页,共二十八页。
1.3 系统响应时间
从向系统发出处理要求起到给 出应答信号为止所经历的时间,称为 系统响应时间。
系统响应时间包括 : n 输入信息及排队等待时间
n 信息处理及等待时间;
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Static cyclic scheduling
• Shortest repeating cycle = least common multiple (LCM) • Within the cycle, it is possible to construct a static schedule i.e. a time table
• A task set
– All tasks are independent – The periods of tasks start at 0 simultaneously
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CPU utilization
• Ci/Ti is the CPU utilization of a task
• U=Σ Ci/Ti is the CPU utilization of a task set
Example: applying UB Test
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Example: RM Scheduling
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UB test is only sufficient, not necessary!
• Let U= Σ Ci/Ti and B(n) = n*(21/n-1)
• Three possible outcomes:
• The table can be huge (-)
– Huge memory-usage – Difficult to construct the time table
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Example: shortest repeating cycle
• OBS: The LCM determines the size of the time table
– Easier to find a feasible schedule and – Reduce the size of the static schedule, thus less memory usage
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Earliest Deadline First (EDF)
• EDF:
– Whenever a new task arrive, sort the ready queue so that the task closest to the end of its period assigned the highest priority – Preempt the running task if it is not placed in the first of the queue in the last sorting
• If U=1 and the CPU is kept busy, otherwise deadline miss will occur
3
Scheduling Algorithms
• Static Cyclic Scheduling (SCS)
• Earliest Deadline First (EDF)
• Schedule task instances according to the time table within each cycle
• Synchronous programming languages: Esterel, Lustre, Signal
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Example: the Car Controller
• FACT: RMS is optimal in the sense:
– If a task set is schedulable with any fixed-priority scheduling algorithm, it is also schedulable with RMS
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Example
– – – – – – It is simple and works nicely in theory (+) Simple schedulability test: U <= 1 (+) Optimal (+) Best CPU utilization (+) Difficult to implement in practice (-) Non stable: if any task instance fails to meet its deadline, the system is not predictable, any task may fail (-)
• U<1 doesn’t imply ’schedulable’ with RMS
– OBS: the previous example is schedulable by EDF, not RMS
• Idea: utilization bound
– Given a task set S, find X(S) such that U<= X(S) if and only if S is schedulable by RMS (necessary and sufficient test) – Note that the bound X(S) for EDF is 1
• Note that the CPU utilization is a measure on how busy the processor could be during the shortest repeating cycle: T1*T2*...*Tn
– U>1 (overload): some task will fail to meet its deadline no matter what algorithms you use! – U<=1: it will depend on the scheduling algorithms
• Fuel injection: C=40ms,T=80ms
• Other software with soft deadlines e.g audio, air condition etc.
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The car controller: static cyclic scheduling
• The shortest repeating cycle = 80ms
Scheduling Periodic Tasks
Nan Guan (关楠)
Periodic task model
• A task #i: (Ci, Ti)
– Ci: worst case execution time/computing time (Ci<=Ti!) – Ti: period (Di=Ti)
• Activities of a car control system. Let
– C= worst case execution time – T= (sampling) period
• Speed measurement: C=4ms, T=20ms
• ABS control: C=10ms,T=40ms
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A classic paper on real-time systems
• C. L. Liu , James W. Layland, Scheduling Algorithms for Multiprogramming in a Hard-Real-Time Environment, Journal of the ACM (JACM), v.20 n.1, p.46-61, Jan. 1973
• Assume a task set: {(1,3),(1,5),(1,6),(2,10)}
• CPU utilization U= 1/3+1/5+1/6+2/10=0.899
• The utilization bound B(4)=0.756, OBS: U>B(4) • But the task set is schedulable anyway!
• Deterministic: predictable (+)
Hale Waihona Puke • Easy to implement (+)
• Inflexible (-)
– Difficult to modify, e.g adding another task – Difficult to handle external events
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Example
• Task set: {(2,5),(4,7)}
• U = 2/5 + 4/7= 34/35 ~ 0.97 (schedulable!)
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EDF: + and –
• Note that this is just the simple EDF algorithm; it works for all types of tasks: periodic or non periodic
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Rate Monotonic Scheduling
• Rate Monotonic Fixed-Priority Assignment:
– Tasks with smaller periods get higher priorities
• Run-Time Scheduling:
– Preemptive highest priority first
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Utilization Bound test (UB test) [by Liu and Layland, 1973: a classic result]
• Assume a set of n independent tasks: