© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chương 1
Hệ

thống
thông tin công nghiệp
08.01.07
Chương

3:

Vấn ₫ề

thời gian thực
2
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
Chương 3: Nội dung
1.

Khái niệm “hệ

thời gian thực”
2.

Xử

lý thời gian thực
3.


sự

hoạt ₫ộng tin cậy của
nó

không chỉ

phụ

thuộc vào sự

chính xác của kết quả, mà

còn phụ

thuộc vào thời ₫iểm ₫ưa ra kết quả ₫ể

phản ứng với sự

kiện bên
ngoài. Hệ

thống có

lỗi khi thời gian yêu cầu không ₫ược thoả

mãn.
JOHN A.

STANKOVIC

p

)
Thời gian
Sự

kiện Phản ứng
t
s
t
p2
T
b) Trong khoảng (t
p2

≤

t ≤

t
p2
)
Thời gian
Sự

kiện Phản ứng
t
s
t
p


)
5
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
HT ₫iều khiển có

phải là

hệ

TGT?
Mỗi hệ

thống điều khiển là

một hệ

thời gian thực
Chất lượng điều khiển không chỉ

phụ

thuộc vào thuật
toán điều khiển, mà

còn phụ

thuộc vào khả năng phản

thống điều
khiển
6
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
Hai dạng

hệ

thống

TGT tiêu biểu
1. Hệ

thống

nhúng

(Embedded Systems)
—

Các

hệ

thống

điềukhiển


gian thực, hệđiềuhành

thời

gian thực
—

Ví

dụứng

dụng: công nghiệp hàng

không-vũ

trụ, robot
công nghiệp, phương tiện giao thông,
2. Hệ

thống

điềukhiển

công nghiệp (Industrial Control
Systems)
—

Distributed Control Systems (DCS), Programmable Logic

Controllers (PLC), Soft-PLCs


máy

vi tính

bên

trong

(μP) nốimạng
Chúng

ta

có

nên

tìm

hiểu

nguyên

lý

hoạt

động


T
ad
T
c
T
s
T
io
T
a
T
bus
9
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
Tính năng thời gian thực

là

yêu cầu
chung của hầu hết các hệ

thống thông
tin công nghiệp!
10
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
Đặc ₫iểm của mộthệ

thống ₫ể ₫ảm bảo tính năng thời gian thực của
nó.
Luôn liên quan với các sự

kiện bên ngoài

(tính phản
ứng)
Yêu cầu cao về

hiệu suất phần mềm

(tính nhanh nhạy)
Đòi hỏi xử lý ₫ồng thời nhiều tác vụ

(tính ₫ồng thời)
Đòi hỏi cơ sở

lý thuyết chặt chẽ

phục vụ

phân tích và
đánh giá

(tính tiền ₫ịnh)
12
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS

lý song song
—

Xử

lý phân tán
—

Xử

lý cạnh tranh
14
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
Tác

vụ

và

xử lý ₫a nhiệm
 Một quá trình tính toán cho một nhiệm vụ cụ thể,có
thể được thực hiện đồng thời, ví dụ:
—

Các tác vụ

xử


Một đoạn mã chương trình

(ví

dụ

một hàm) được gọi tuần
hoàn với các chu kỳ

khác nhau

=>

nhiều tác vụ

khác
nhau
 Multitasking (đa nhiệm): khả năng thi hành đồng thời
nhiều tác vụ
15
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
Các

trạng

thái

của một tác


thựcthi
Tác vụ

mặc định
Ví

dụ:
- Điều khiển

logic
-

Kiểm tra lỗi
Chờ

tới chu kỳ
Mã

thựcthi
Thời gian
Tác vụ

tuần hoàn
Ví

dụ:
- Điều chỉnh vòng kín
- Xử


Các hình thức xử lý ₫ồng thời
 Xử lý song song:Các tác vụ (task) được phân chia
thực hiện song song trên nhiều bộ xử lý
 Xử lý cạnh tranh:Nhiều tác vụ chia sẻ thời gian của
một bộ xử lý.
 Xử lý phân tán:Mỗi (nhóm) tác vụ được thực hiện
riêng trên một máy tính (trường hợp đặc biệt của xử
lý song song).
Xử

lý cạnh tranh là

hình thức quan trọng nhất trong
các hệ

thống điều khiển(cóthể

kết hợp với xử

lý
phân tán)
18
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
Xử

lý

cạnh

tác

vụ
19
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
Phương pháp lập lịch
 Vấn đề:
—

Bên cạnh hiệu năng của phần cứng máy tính, thì
phương pháp lập lịch có

ảnh hưởng lớn tới tính năng
thời gian thực của hệ

thống
—

Cần sự

thỏa hiệp giữa tính năng thời gian thực và

hiệu suất sử

dụng tài nguyên máy tính
 Cơ chế lập lịch
—


FIFO: đến trước sẽ được thực hiện trước.
—

Non-preemptive: không chen hàng, các tác vụ được thực
hiện bình thường dựa trên mức ưu tiên của chúng.
—

Preemptive: chen hàng, chọn một tác vụ để

thực hiện
trước các tác vụ

khác.
—

Round-robin/Time-slicing: Mỗi tác vụ

có

mức ưu tiên như
nhau được thực hiện một số

“lát thời gian”
—

Mức ưu tiên cố định/động: các tác vụ được đặt các mức
ưu tiên cố định hoặc có

thể thay đổi nếu cần.
 Thuật toán lập lịch

đa nhiệm (khái niệm tác vụ nhìn từ phía người sử
dụng)
 Hai loại tiến trình:
—

Tiến trình nặng cân (heavyweight process, process):
Chiếm một không gian địa chỉ riêng, thường tương ứng
với thực thi cả

một chương trình => sử

dụng an toàn hơn
nhưng giao tiếp giữa các process phức tạp
—

Tiến trình nhẹ

cân (lightweight process, thread): Thường
thuộc một process, các thread của một process cùng
chia sẻ

một không gian địa chỉ

=> giao tiếp đơn giản
thông qua các biến toàn cục, nhưng cần thận trọng
22
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
3.3

liệu
mà

không cần quan tâm tới cơ chế

phần cứng cụ

thể
 Quản lý tác vụ:
—

Lập lịch:

Phân chia thời gian

CPU

cho thi hành các tác vụ

khác nhau

(trong xử

lý cạnh tranh)
—

Hỗ

trợ ₫ồng bộ



liệu hoặc phối hợp hoạt động
 Các chức năng kiểm tra, chẩn đoán lỗi
24
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
RTOS trong các

hệ

thống

₫iềukhiển
 Yêu cầu đặc biệt
—

Mã rất nhỏ, gọn
—

Đơn giản, dễ

sử

dụng, dễ

lập trình
—

Thời

thời gian, độ

rung nhỏ

(jitter)
—

Quản lý vào/ra hiệu quả, đơn giản
 Hai dạng thực hiện:
—

Mã nguồn: Nhân thời gian thực, được dịch và

liên kết
cùng với CTĐK tạo thành một chương trình duy nhất ->
giải pháp vi điều khiển.
—

Mã chạy cài đặt sẵn trên thiết bị: Hệ điều hành thời gian
thực đầy đủ, cung cấp các dịch vụ độc lập với chương
trình điều khiển -> giải pháp PLC và

DCS.
25
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chương 3: Vấn đề thời gian thực
© 2005 - HMS
GIAO DIỆN PHẦNCỨNG
PHẦNCỨNG



DỤNG
CHƯƠNG TRÌNH
ỨNG

DỤNG
Cấu trúc tiêu biểu của một hệ

₫iều hành
thời gian thực