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Ingeborg Dunkle
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1 Echtzeitsysteme Zuordnung von Echtzeitsystemen nach den Zeitschranken A U S A R B E I T U N G Studiengang Informationstechnik an der Dualen Hochschule Baden-Württemberg Karlsruhe von Ruwen Möhrle März 2012 Matrikelnummer Kurs TIT09B1 Ausbildungsfirma ARBURG GmbH + Co KG, Dozent Prof. H.-J. Haubner Seite I

2 Ehrenwörtliche Erklärung Ehrenwörtliche Erklärung Gemäß 5 (2) der Studien- und Prüfungsordnung DHBW Technik vom 18. Mai Die vorliegende Arbeit wurde selbstständig verfasst und keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel verwendet. Ort Datum Unterschrift Seite II

3 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Ehrenwörtliche Erklärung Inhaltsverzeichnis II III 1 Aufgabenstellung 4 2 Echtzeitsysteme Begriffsdefinitionen Echtzeitsystem Echtzeit Kennzeichen von Echtzeitsystemen Anforderungen Beispiele Zuordnung von Echtzeitsystemen Einteilung nach den Zeitschranken Weiche Zeitschranken Feste Zeitschranken Harte Zeitschranken Zuordnung vorgegebener Systeme Anzeigetafel der Fahrten eines städtischen Nahverkehrs Temperaturregelung im Kühlschrank Radarabtastung der Umgebung eines Flugzeugs... 8 Literaturverzeichnis 9 Abbildungsverzeichnis 9 Seite III

4 Aufgabenstellung 1 Aufgabenstellung Im Rahmen der Vorlesung Echtzeitsysteme im 6. Theoriesemester gilt es für das Bestehen des Modultestats diverse vorgegebene Aufgaben zu erfüllen. Diese Ausarbeitung beschäftigt sich mit folgender Problemstellung: Erläutern Sie, was man unter einem Echtzeitsystem mit harten Zeitschranken festen Zeitschranken weichen Zeitschranken versteht. Ordnen Sie die folgenden Systeme einer Klasse von Echtzeitsystemen zu und begründen Sie: Anzeigetafel der Fahrzeiten eines städtischen Nahverkehrs Temperaturregelung im Kühlschrank Radarabtastung der Umgebung eines Flugzeugs. Seite 4

5 Echtzeitsysteme 2 Echtzeitsysteme 2.1 Begriffsdefinitionen Echtzeitsystem Die Theorie des Echtzeitsystems (englisch: real time system) definiert dieses als ein Computersystem, das ein Ergebnis innerhalb eines vorher fest definierten Zeitintervalles garantiert berechnet, also bevor eine bestimmte Zeitschranke erreicht ist. [1] Echtzeit Was Echtzeit bedeutet, kann nicht fest definiert werden und wird erst durch die jeweilige Automatisierungsaufgabe definiert. Das Echtzeitkontinuum reicht von extrem zeitkritischen Anwendungen im Millisekundenbereich, bis hin zu Anwendungen im Sekundenbereich. [2] Abbildung 2.1: Klassifizierung von Echtzeitsystemen [3] Seite 5

6 Echtzeitsysteme 2.2 Kennzeichen von Echtzeitsystemen Anforderungen Neben der funktionalen Korrektheit kennzeichnen vor allem die nachfolgenden aufgelisteten Anforderungen ein Echtzeitsystem. [3] Zeitliche Korrektheit o Rechtzeitigkeit o Gleichzeitigkeit Zeitliche Determiniertheit (Vorhersagbarkeit) Zuverlässigkeit Spontane Reaktion auf Ereignisse Beispiele Als Beispiele für Echtzeitsystemkennzeichen seien die Folgenden genannt: [3] Maximale Reaktionszeiten auf externe Ereignisse Relative Zeitsteuerung für den Betrieb einer Anlage (z.b.: 10 Stunden) Absolute An- & Abschaltzeiten (z.b.: von 7.00 Uhr bis Uhr) Seite 6

7 Zuordnung von Echtzeitsystemen 3 Zuordnung von Echtzeitsystemen 3.1 Einteilung nach den Zeitschranken Echtzeitsysteme lassen sich anhand ihrer Priorität im Hinblick auf Einhaltung der vorgegebenen zeitlichen Beschränkung einteilen. So wurden weiche, feste und harte Echtzeitsysteme definiert. [3] Weiche Zeitschranken Als weiche Echtzeitsysteme werden Echtzeitsysteme mit weichen Zeitschranken bezeichnet. Liegt das Ergebnis einer Arbeit zu einem vorgegebenen Termin nicht vor, so ist dieses Ergebnis dennoch von Nutzen. Die Verletzung dieser Zeitschranken kann toleriert werden Feste Zeitschranken Als feste Echtzeitsysteme werden Echtzeitsysteme mit festen Zeitschranken bezeichnet. Liegt das Ergebnis einer Arbeit zu einem vorgegebenen Termin nicht vor, so ist dieses Ergebnis wertlos und wird verworfen. Die Verletzung dieser Zeitschranken kann noch toleriert werden, führt jedoch zum Arbeitsabbruch des Systems Harte Zeitschranken Als harte Echtzeitsysteme werden Echtzeitsysteme mit harten Zeitschranken bezeichnet. In harten Echtzeitanforderungen ist das Ausliefern des Ergebnisses innerhalb der vorgegebenen (harten) Zeitschranke unabdingbar. Die Verletzung dieser Zeitschranken kann nicht toleriert werden und kann zur Katastrophe im System führen. Seite 7

8 Zuordnung von Echtzeitsystemen 3.2 Zuordnung vorgegebener Systeme Aus der Aufgabenstellung sind die nachfolgend aufgelisteten Systeme gegeben und sollen den in Kapitel 3.1 beschriebenen Arten von Echtzeitsystemen zugeteilt werden. Anzeigetafel der Fahrzeiten eines städtischen Nahverkehrs Temperaturregelung im Kühlschrank Radarabtastung der Umgebung eines Flugzeugs Anzeigetafel der Fahrten eines städtischen Nahverkehrs Dieses Systembeispiel wurde den weichen Echtzeitsystemen zugeordnet. Begründung: Liegt das Ergebnis (hier: die Anzeige) nicht innerhalb der definierten Zeitschranke vor, so hat dies keinerlei Einfluss auf den Nahverkehr (dieser fährt auch ohne die Anzeige) und kann damit toleriert werden Temperaturregelung im Kühlschrank Dieses Systembeispiel wurde den festen Echtzeitsystemen zugeordnet. Begründung: Liegt das Ergebnis (hier: die Regelabweichung der Temperaturregelung) nicht innerhalb der definierten Zeitschranke vor kommt es zu keiner Katastrophe und kann damit noch toleriert werden. Allerdings bringt dies den Systemabbruch mit sich, da der Kühlschrank nicht mehr funktionsfähig und korrekt arbeiten kann Radarabtastung der Umgebung eines Flugzeugs Dieses Systembeispiel wurde den harten Echtzeitsystemen zugeordnet. Begründung: Liegt das Ergebnis (hier: Erfassung anderer Flugzeuge in der Umgebung als Radarpunkte) nicht innerhalb der definierten Zeitschranke vor kann es zur Katastrophe (hier: im schlimmsten Fall zur Kollision) kommen. Seite 8

9 Literatur- und Abbildungsverzeichnis Literaturverzeichnis [1] WIKIPEDIA, DIE FREIE ENZYKLOPÄDIE: Seite Echtzeitsystem URL: [2] WIKIPEDIA, DIE FREIE ENZYKLOPÄDIE: Seite Echtzeit URL: [3] HAUBNER H.-J.: Manuskript zur Vorlesung, Prozessautomatisierung / Echtzeitsysteme Grundlagen, Studiengang Informatik Duale Hochschule Karlsruhe Abbildungsverzeichnis Abbildung 2.1: Klassifizierung von Echtzeitsystemen 5 Seite 9

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