Жесткие и мягкие СРВ

При проектировании СРВ важно определится, насколько критично для объекта управления время реакции СРВ на события.

Принято различать системы «жесткого» и «мягкого» реального времени:

1. Системой «жесткого» реального времени называется система, где неспособность обеспечить реакцию на какие-либо события в заданное время является отказом и ведет к невозможности решения поставленной задачи.

Системы «жесткого» реального времени не допускают никаких задержек реакции системы ни при каких условиях, т.к.:

- результаты могут оказаться бесполезными в случае опоздания;

- может произойти катастрофа в случае задержки реакции;

- стоимость опоздания может быть бесконечно велика.

2. Системой «мягкого» реального времени называется система для которой допустима, как исключение, задержка реакции на какие-либо события.

Примеры систем «жесткого» реального времени – бортовые системы управления; системы автоматического управления; системы аварийной защиты; регистраторы аварийных событий.

Примеры систем «мягкого» реального времени – информационные системы; диалоговые системы, работающие в режиме советчика; компьютерные сети.

Основное отличие между системами «жесткого» и «мягкого» реального времени можно выразить так: система «жесткого» реального времени никогда не опаздывает с реакцией на событие; система «мягкого» реального времени – не должна опаздывать на событие.

Исходя из приведенных определений, следует, что время реакции в «жестких» системах может составлять и секунды, и часы, и недели. Однако большинство практиков считают, что время реакции в системах «жесткого» реального времени должно быть все-таки минимальным. Однозначного мнения о том, какое время реакции свойственно «жестким» системам, нет. Более того, с увеличением быстродействия микропроцессоров это время имеет тенденцию к уменьшению, и если раньше в качестве нижней границы называлось значение 1 мс, то сейчас, как правило, называется время порядка 100 мкс.

Для систем «мягкого» реального времени, которая, по определению, может не успевать всё делать всегда в заданное время, возникает проблема определения критериев успешности (нормальности) ее функционирования. Вопрос этот совсем не простой, так как и зависимости от функций системы это может быть максимальная задержка в выполнении каких-либо операций, средняя своевременность отработки событий и т. п. Более того, эти критерии влияют на то, какой алгоритм планирования задач является оптимальным. Вообще говоря, системы «мягкого» реального времени проработаны теоретически далеко не до конца.

Краткий обзор состояния вопроса по прямому компьютерному управлению технологическими процессами в режиме реального времени:

По определению, системы реального времени являются программно-аппаратными комплексами. Иными словами, работа информационно-управляющих систем в режиме реального времени обеспечивается двумя тесно связанными между собой основными компонентами:

- техническими средствами

- программным обеспечением

Существует несколько основных подходов к разработке компьютерных систем управления реального времени. Каждому из подходов соответствует своя идеология построения программ систем управления и соответствующих ей систематизированных технических средств и базового программного обеспечения.

Каждый из таких подходов имеет свои преимущества и недостатки.

Рассмотрим первоначально раздельно каждую из компонент, а затем особенности различных идеологий построения компьютерных систем управления.

Техническое обеспечение компьютерных систем управления реального времени.

Технические средства, используемые в компьютерных системах управления можно условно разделить на следующие составные группы:

- периферийное оборудование (датчики, пульты и др. оборудование связанное с компьютером через внешние цепи);

- средства отображения: консоли (дисплей с клавиатурой, индикаторные линейки и т.п.;

- системные процессорные блоки. Они включают в себя элементы необходимые для хранения и обработки информации (процессоры, ОЗУ, НГМД, НЖМД, контроллеры накопителей и клавиатуры, видеокарты и. т.п.) с системной шиной и внутренним источником питания. Элементы установлены в конструктивы системного блока.

- модули ввода/вывода (УСО). Это модули ввода/вывода дискретных сигналов, модули ЦАП, АЦП, и т.п.).

УСО устанавливаются в системный блок и подключаются к системной шине. В распределенных системах модули ввода/вывода могут подключаться к компьютеру через стандартные порты ввода-вывода (через интерфейс RS 232, 485, 422 и др.)

Каждая из групп имеет свою область назначения.

Первая группа предназначена для преобразования информации в стандартный электрический сигнал. Периферийное оборудование подключается к УСО. Последние преобразуют информационный электрический сигнал того или иного вида в цифровую форму совместимую со стандартом системной шины и наоборот цифровой сигнал системной шины в электрический сигнал. Выбор УСО осуществляется исходя из типа и характеристик преобразуемого сигнала, необходимой точности преобразования и требуемого быстродействия (максимально допустимого времени преобразования, времени внутренней задержки и т.п.).

Системные блоки представляют собой, собственно говоря, компьютер, который обрабатывает поступающую через УСО информацию в соответствии с программой и выдает через УСО управляющие воздействия. Технические характеристики системного блока существенным образом определяют скорость выполнения программ, а, следовательно, и реализуемость режима реального времени. К таким характеристикам в первую очередь относятся: тип процессора и его тактовая частота; объем установленной (доступной) оперативной памяти и ее быстродействие; объемом КЭШ-памяти; тип, разрядность и тактовая частота системной шины и т.п..

Средства отображения – дисплеи, визуализируют информацию, используемую в процессе управления для контроля оператором за процессом, а клавиатура позволяет человеку выбирать отображаемую информацию и вмешиваться в процесс управления. Выбор дисплеев осуществляется на основании планируемой плотности выводимой информации – разрешающая способность и объем памяти в видеокарточке, и удаленностью от дисплея – размер экрана.

Из элементов трех последних групп комплектуются вычислительные узлы.

По функциональному назначению вычислительный узел может быть отнесен к одному из 3-х классов:

- узел управления (контроллер) предназначен для решения управляющих задач в автономном режиме. Содержит системный блок с УСО. Может иметь простейшие средства отображения (индикаторная линейка, панель) и клавиатуру которые предназначены для контроля, проверки и программирования технических средств. Оператора вмешивается в процесс управления через периферийное оборудование, подключенное к контроллеру через УСО, либо посредством вычислительной сети от станции оператора;

- узел отображения (станция оператора) предназначен для отображения информации необходимой оператору для контроля и управления технологическим процессом, работой агрегатов и. т. п. и при вводе управляющих воздействий. Содержит системный блок с дисплеем и клавиатурой. Станция оператора подключается через вычислительную сеть к компьютеру либо через стандартный интерфейс (RS 232, RS 485, и. т. д.) к контроллерам откуда и получает исходную информацию и передает управляющие воздействия.

- узел смешанного назначения. Будем называть его “рабочая станция”, хотя в классическом понимании к рабочей станции могут быть отнесены и первые два класса узлов. Рабочая станция содержит системный блок, УСО и средства отображения, как правило, дисплей и клавиатуру. И совмещает в себе функции вычислительных узлов первых двух классов.