Che cos'è un Sistema Real-time?

L. Servoli - Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici

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È un sistema che GARANTISCE la una risposta in TEMPI CERTI, indipendentemente dalle condizioni.

Ossia, per certe applicazioni NON è accettabile una prestazione incerta. (non e' quin di questioone di sole prestazioni o effciienza).

Es.: pilota automatico di un aereo.

Es.: telemetria di dati in sistemi votati alla distruzione.

Che cos'è un Sistema Real-time?


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È un sistema che contiene un elaboratore programmabile utilizzato a “scatola chiusa” dall'utente.

Es.: controllo delle frecce direzionali di una autovettura.

A causa delle diverse legislazioni una casa automobilistica che fabbrica un tipo di vettura DEVE avere la possibilità tramite una operazione SOFTWARE (riprogrammazione) di utilizzare la stessa vettura di base in diversi paesi).

Che cos'è un Sistema Embedded?

Sistemi con microcontrollore: FLESSIBILISistemi con microcontrollore: FLESSIBILI


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Sono sistemi attivati da un evento esterno.

L'evento esterno produce in qualche modo un IMPULSO ELETTRICO.

Come fa il “sistema” a riconoscere che questo “EVENTO” ha un significato particolare e che occorre attivare una procedura?

Sistemi Event-triggered


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Un evento e' visto da un microprocessore come un INTERRUPT.

Ossia: il microprocessore riceve un segnale hardware.

A seguito dell'INTERRUPT nel sistema operativo viene eseguita una routine di servizio (Interrupt Service Routine) ISR

Sistemi Event - triggered


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1) Il sistema esegue una funzione F1;2) arriva l'interrupt servitio dalla ISR1;3) Il sistema gestisce l'interrupt (ossia F1 viene sospesa);4) Il sistema riprende ad eseguire F1 al tempo T2.5) inizia la esecuzione della funzione F2;6) arriva l'interrupt ISR2;7) F2 viene sospesa fino alla fine della gestione dell'interrupt IRS2.8) F2 riprende l'esecuzione.



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CASO: ISR2 arriva PRIMA che ISR1 sia completato.....Ma avendo una priorità più elevata va bene.....


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PROBLEMA: ISR2 arriva PRIMA che ISR1 sia completato.....Avendo una priorità uguale DEVE aspettare che ISR1 sia completata...Potrebbe addirittura essere ignorata in alcuni casi....


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PROBLEMA: ISR2 arriva PRIMA che ISR1 sia completato.....Avendo una priorità inferiore DEVE aspettare che ISR1 sia completata...Potrebbe addirittura essere ignorata in alcuni casi....


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PROBLEMA: il sistema ha un comportamento NON ben definito.

L'incertezza deriva dal fatto che a seconda di quando si attivano i trigger esterni, la risposta del sistema dipenderà da quello che sta accadendo in quel momento,E se il sistema e' ragionevolmente complesso(diversi input) la gestione di tutte le possibilitàDIVERGE molto ragidamente.


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Sono sistemi gestiti esclusivemente da uno scheduler interno che chiama l'esecuzione delle varie funzioni a tempi o intervalli di tempo PRECISI.

Non dipendendo da eventi esterni, è possibile eliminare le incertezze nellasovrapposizione di eventi e di situazioni.

Sistemi Time -triggered


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È il sistema più semplice ed efficiente una sequenza di azioni, purchè non si richiedan o precisioni temporali troppo elevate:

void main(void){ inizializza_X(); while(1) { esegui_X(); }}

Il Superciclo


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- è semplice- è efficiente (il tempo di CPU è tutto dedicato alla esecuzione delle funzioni)- è portabile

- scarsa precisione temporale;- utilizzo totale della CPU.

Il Superciclo


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Lo Scheduler coercitivo


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Lo Scheduler coercitivo


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Lo Scheduler cooperativo


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Lo Scheduler cooperativo


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Lo Scheduler ibrido


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Lo Scheduler ibrido


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Programmare Cooperativamente

TASSATIVO: ogni task (funzione) si impegna a restituire il controllo entro una durata temporale prefissata(“tick”)

==> programmare con molta cura prevedendo tutti i possibili casi.


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Programmare CooperativamenteESEMPIO: Lettura di un ADC....

Il dispositivo ha un registro di controllo (ADCCTRL)che segnala la fine della conversione con un bit: ADCDONE.

while ((ADCCTRL & ADCDONE) == 0) { ; }

Attende che l'ADC segnali la fine della conversione.

INAFFIDABILE. Ditemi perchè.....


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SOLUZIONE POSSIBILE: Il TIMEOUT di ciclo

Controllo addizionale sul numero massimo di volte che il ciclo può essere eseguito.

unsigned int Timeout_Loop = 100;

while ((ADCCTRL & ADCDONE) == 0) && (--Timeout_Loop !=0)) { ; }


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SOLUZIONE POSSIBILE 2: Il TIMEOUT di ciclo

Possibile disabilitazione del timeout se si ha un simulatoreHardware):

unsigned int Timeout_Loop = 100;

while ((ADCCTRL & ADCDONE) == 0) && (--Timeout_Loop !=0)) { Timeout_Loop--; /* Timeout_Loop = 0; */ }


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Calibrazione e documentazione:

Quanto vale un ciclo da 100 passi?

Ogni microcontrollare ha i suoi valori (dipende dal clock interno). Per un 8051 con clock a 12 MHz:

1ms = 100;10ms = 1000;500 ms = 50000;


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TIMEOUT HARDWARE:

Se vogliamo una elevata precisione nei timeout, occorreusare uno dei timer interni del 8051:

Es:

Preload = 65535 – 12MHz/(12x1000) = 64535 = 0xFC17

Questo e' il valore iniziale che deve essere caricatonel timer, in modo che dopo 1000 microsecondi il timer raggiunga il valore massimo ed emetta un segnale di overflow.


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WATCHDOG:

Temporizzatori di “ultima istanza” che devono essere resettati ad intervalli regolari.se vanno in overflow, allora il microprocessore subisce un RESET di sistema e riparte dalla configurazione iniziale.

Problema: sono delicati da profettare ed implementare,proprio perche' sono ultimativi, non devono entrare in funzione troppo frequentemente.


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Microcontrollore SAB-501 Registri per funzioni speciali

4 porte I/O a 8-bit

2+1 timer


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Microcontrollore SAB-501 Porte di I/O:

4 porte I/O a 8-bit

2+1 timer


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Microcontrollore SAB-501 Timer:


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Microcontrollore SAB-501 Timer 0 e 1:


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Microcontrollore SAB-501 Timer 0 e 1:


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Microcontrollore SAB-501


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Microcontrollore SAB-501 Timer 2:


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Microcontrollore SAB-501 Timer 2: Modalità selezionata da 4 bit del registro T2CON(indirizzo 0xC8)


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