Task A Zündung. Task B Einspritzung. Task C Erfassung Pedalwert. J. Schäuffele, Th. Zurawka: Automotive Software Engineering, Vieweg, 2003

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1 Task! evt. parallel zu bearbeitende Ausführungseinheit! Beispiel: Task A Zündung Task B Einspritzung Task C Erfassung Pedalwert Zeit t J. Schäuffele, Th. Zurawka:, Vieweg, 2003 Echtzeitbetriebssysteme Zuteilung des Prozessors an Tasks! OSEK: Echtzeitbetriebssystem-Standard im Automobilbereich OSEK-OS, OSEK-TIME (OSEK registrierte Handelsmarke SIEMENS) 1 Echtzeitanforderungen! Hard! Die Korrektheit einer Antwort hängt davon ab, ob sie rechtzeitig oder sogar genau zum richtigen Zeitpunkt kommt.! Beispiel: Herzschrittmacher Der Impuls darf nicht während bestimmter Zeitphasen nach einer Kontraktion kommen.! Soft! Durchschnittliche Antwortzeiten werden spezifiziert. Eine einzelne verspätete Antwort ist nicht schlimm, nur ständige Verspätung gefährdet das System.! Beispiel: Flugzeugreservierungssystem! Firm! Mischung aus Hard und Soft, Soft-Spezifikation mit harten Obergrenzen.! Beispiel: Beatmungsgerät Wenn ein einzelner Atemzug etwas spät (im Sekundenbereich) kommt, ist das nicht schlimm, aber mehrere Minuten sind katastrophal! Oft Softspezifikationen, die in Wirklichkeit firm sind! 2

2 Beispiel für Echtzeitanforderungen Motorsteuergerät! Abtastraten für Einspritzung und Zündung im Bereich 1-2 Millisekunden! Abtastraten von ca. 50 Mikrosekunden bei Ventillageregelung und ca. 5 Mikrosekunden bei Brennraumdruckerfassung! sehr viel größere Abtastraten z.b. bei der Steuerung der Motorkühlung 3 Zeit vs. Echtzeit Ist nur die Zeit wichtig, die zwischen Signalen aus der Umgebung vergeht, oder müssen wir uns auch damit auseinandersetzen, wie viel Zeit die auszuführenden Aktionen brauchen? Wenn das System sehr viel schneller arbeitet als die Umgebung reagiert, kann man oft annehmen, dass die Aktionen des Systems instantaneous sind, also keine Zeit brauchen. Dann genügt es, Mechanismen zur Verfügung zu haben, die es erlauben z.b. über timeouts zu sprechen. Bei harten Zeitanforderungen geht es aber meist darum, wie viel Zeit das System braucht: Echtzeit (real time). Sehr viel schwieriger zu behandeln! Weitere Unterscheidung: Wie wird Zeit eigentlich modelliert? 4

3 Aktivierungs- und Deadline-Zeitpunkte Aktivierungsrate Ausführungsrate Ausführungszeit 1 Ausführungszeit 2 Ausführung von Task A Start Response-Zeit 1 Ende Start Response-Zeit 2 Ende Zeit t Relative Deadline Relative Deadline Zeitpunkt Aktivierung 1 Absolute Deadline 1 Zeitpunkt der Aktivierung 2 Absolute Deadline 2 J. Schäuffele, Th. Zurawka:, Vieweg, Zustände von Tasks nach OSEK-OS running terminate preempt start suspended ready activate J. Schäuffele, Th. Zurawka:, Vieweg,

4 Zustände von Tasks nach OSEK-OS, erweitert running wait terminate waiting preempt start suspended release ready activate J. Schäuffele, Th. Zurawka:, Vieweg, Prozessor-Zuteilung (Scheduling)! Reihenfolge: FIFO! Prioritäten! OSEK: komb. Reihenfolge-Prioritäts-Strategie! präemptive vs nicht präemptive Zuteilung! Ereignis- und zeitgesteuerte Zuteilungsstrategien 8

5 Aufbau von Echtzeitbetriebssystemen Information zur zeitund ereignisgesteuerten Aktivierung für alle Tasks suspended Aktivierung durch Echtzeituhr oder Ereignis ready Menge der nicht aktiven Tasks Menge der bereiten Tasks Scheduler Information zu den notwendigen und verfügbaren Ressourcen für alle Tasks Priorität Dispatcher Reihenfolge Prioritätswarteschlange der bereiten Tasks J. Schäuffele, Th. Zurawka:, Vieweg, 2003 running Ausgeführte Task 9 Interaktion zwischen Tasks Task A Zündung Task B Einspritzung Task C Erfassung Pedalwert Zeit t J. Schäuffele, Th. Zurawka:, Vieweg,

6 Interaktionen bei Parallelität! In reaktiven Systemen laufen Teile im allgemeinen nicht völlig unabhängig voneinander ab: Es gibt Interaktionen.! Welche Art der Interaktionen gibt es? 11 Shared Variables! Klassischer Ansatz, älteste Form der Kooperation zwischen parallelen Komponenten, die dann z.b. in den bekannten imperativen Sprachen programmiert werden.! Problem: Wegen der Unvorhersehbarkeit der zeitlichen Konstellation sind Schutzmechanismen nötig (um zu verhindern, dass zwei Prozesse sich beim Verarbeiten einer gemeinsamen Variable ins Gehege kommen).! Asynchron: Prozesse greifen völlig unabhängig voneinander auf die Variablen zu. 12

7 Message passing! Ebenfalls asynchrone Form der Kommunikation.! Ein Prozess schickt eine Nachricht an einen anderen, dieser empfängt und verarbeitet sie zu einem unvorhersagbaren Zeitpunkt.! Wird dann unpraktisch, wenn nicht nur Informationen ausgetauscht werden sollen, sondern zwischenzeitlich eine zeitliche Koppelung zwischen den Prozessen erreicht werden soll ( Synchronisation). Nur durch mehrfachen Nachrichtenaustausch möglich. 13 Synchronisierte Kommunikation! Hier werden Informationen nur dann ausgetauscht, wenn die Prozesse sich vorher synchronisieren, d.h. jeweils warten, bis beide den Zustand erreicht haben, bei dem sie zum Informationsaustausch bereit sind.! Informationen können leer sein, wenn nur das Synchronisieren wichtig ist.! Danach laufen die Prozesse wieder unabhängig voneinander. 14

8 Synchronisation Task A Zustand A1 Senden Ereignis X Zustand A2 Empfangen Ereignis Y Ereignis X Ereignis Y Task B Zustand B1 Empfangen Ereignis X Zustand B2 Zeit t Zustand A3 Zustand B3 J. Schäuffele, Th. Zurawka:, Vieweg, Interaktion mit Datentausch! Kooperation (shared variables) Datenkonsistenz muss durch geeignete Maßnahmen gesichert werden.! Kommunikation (message passing) 16

9 Interaktion zwischen Tasks in der logischen Systemarchitektur! Abstraktion von der technischen Realisierung der Interaktion! Signale! Darstellung durch Message-Sequence-Charts 17

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