• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • System czasu rzeczywistego

    Przeczytaj także...
    Programowalny sterownik logiczny, PLC (ang. programmable logic controller) – uniwersalne urządzenie mikroprocesorowe przeznaczone do sterowania pracą maszyny lub urządzenia technologicznego. Sterownik musi zostać dopasowany do określonego obiektu sterowania poprzez wprowadzenie do jego pamięci żądanego algorytmu działania obiektu. Cechą charakterystyczną programowalnych sterowników logicznych, odróżniającą je od innych sterowników komputerowych, jest cykliczny obieg pamięci programu. Lotnictwo – ogół zagadnień związanych z wszelkiego rodzaju statkami powietrznymi, pojazdami zdolnymi do samodzielnego lotu w powietrzu.
    Controller Area Network (CAN) – szeregowa magistrala komunikacyjna powstała w latach 80. XX w. w firmie Robert Bosch GmbH z myślą o zastosowaniach w przemyśle samochodowym (ABS, sterowanie silnika). Obecnie znajduje zastosowanie również w przemysłowych magistralach polowych (najpopularniejsze standardy: CANopen, DeviceNet, SDS).

    System czasu rzeczywistego (ang. real-time system, real-time computing, RTC) – urządzenie techniczne, którego wynik i efekt działania jest zależny od chwili wypracowania tego wyniku. Istnieje wiele różnych definicji naukowych takiego systemu. Ich wspólną cechą jest zwrócenie uwagi na równoległość w czasie zmian w środowisku oraz obliczeń realizowanych na podstawie stanu środowiska. Z tego wyścigu dwóch stanów: zewnętrznego i wewnętrznego, wynikają kryteria ograniczające czas wypracowywania wyniku.

    Medycyna (łac. medicina „sztuka lekarska”) – nauka empiryczna (oparta na doświadczeniu) obejmująca całość wiedzy o zdrowiu i chorobach człowieka oraz sposobach ich zapobiegania, oraz ich leczenia. Medycyna weterynaryjna rozszerza zakres zainteresowań medycyny na stan zdrowia zwierząt. Za prekursora medycyny starożytnej uważa się Hipokratesa, a nowożytnej Paracelsusa. W czasach najnowszych wprowadza się zasady medycyny opartej na faktach.Czas – skalarna (w klasycznym ujęciu) wielkość fizyczna określająca kolejność zdarzeń oraz odstępy między zdarzeniami zachodzącymi w tym samym miejscu. Pojęcie to było również przedmiotem rozważań filozoficznych.

    Systemy czasu rzeczywistego najczęściej buduje się w oparciu o komputery, jednak nie jest to konieczne – można tym pojęciem określić np. regulator pneumatyczny.

    Teoria[ | edytuj kod]

    Funkcja zysku[ | edytuj kod]

    Dla teorii i praktyki systemów czasu rzeczywistego przydatne jest pojęcie funkcji zysku. Funkcja zysku jest funkcją zależną przede wszystkim od czasu i określa korzyść ze zrealizowania zadania przez system. Korzyść niekoniecznie jest wielkością wymiarowaną. Źródłem ograniczeń czasowych są zazwyczaj zjawiska fizyczne zachodzące w świecie rzeczywistym.

    Pneumatyka – nauka, będąca działem inżynierii mechanicznej, zajmująca się konstruowaniem i praktycznym wykorzystaniem urządzeń, w których przekazywanie energii i sterowanie realizowane jest za pomocą sprężonego powietrza (bądź innego gazu o podobnych właściwościach) jako czynnika roboczego.Komputer (z ang. computer od łac. computare – liczyć, sumować; dawne nazwy używane w Polsce: mózg elektronowy, elektroniczna maszyna cyfrowa, maszyna matematyczna) – maszyna elektroniczna przeznaczona do przetwarzania informacji, które da się zapisać w formie ciągu cyfr albo sygnału ciągłego.

    Zadanie zostało przez system zrealizowane poprawnie, jeśli z chwilą zakończenia tego zadania wartość funkcji zysku jest większa od zera.

    Funkcję zysku można określać nie tylko dla systemów czasu rzeczywistego. Następująca funkcja zysku: jest typowym przykładem dla systemu innego niż czasu rzeczywistego – zysk jest zawsze taki sam, niezależnie od momentu uzyskania wyniku.

    Determinizm przyczynowy (łac. determinare — oddzielić, ograniczyć, określić) — koncepcja filozoficzna, według której wszystkie zdarzenia w ramach przyjętych paradygmatów są połączone związkiem przyczynowo-skutkowym, a zatem każde zdarzenie i stan jest zdeterminowane przez swoje uprzednio istniejące przyczyny (również zdarzenia i stany). Eksperyment (łac. experimentum - doświadczenie, badanie) – w naukach przyrodniczych i społecznych zbiór działań wzbudzających w obiektach materialnych określone reakcje i zjawiska w warunkach pozwalających kontrolować wszelkie istotne czynniki, które poddaje się dokładnej obserwacji.

    W zdecydowanej większości praktycznie rozpatrywanych przypadków funkcja zysku jest nierosnąca – korzyść z wykonania zadania nie rośnie z upływem czasu. Szczególnym przypadkiem, gdy nie jest to spełnione, mogą być na przykład operacje giełdowe. Dla systemów czasu rzeczywistego charakterystyczne są trzy funkcje zysku:

    Regulator − jeden z elementów składających się na obwód regulacji. Zadanie regulatora polega na wygenerowaniu odpowiedniego sygnału sterującego, tak aby obiekt sterowany zachowywał się w pożądany sposób (na przykład w jak najkrótszym czasie osiągał wartość zadaną).Sprzężenie zwrotne (ang. feedback) – oddziaływanie sygnałów stanu końcowego (wyjściowego) procesu (systemu, układu), na jego sygnały referencyjne (wejściowe). Polega na otrzymywaniu przez układ informacji o własnym działaniu (o wartości wyjściowej). Ponieważ matematycznym, jednoznacznym opisem bloku gałęzi zwrotnej jest transmitancja to informacja ta może być modyfikowana przez transmitancję bloku gałęzi zwrotnej.
    {\displaystyle z(t)={\begin{cases}u&t_{0}<t<t_{T}\\-\infty &t\geqslant t_{T}\end{cases}}} {\displaystyle z(t)={\begin{cases}u&t_{0}<t<t_{T}\\0&t\geqslant t_{T}\end{cases}}} {\displaystyle z(t)={\begin{cases}u&t_{0}<t<t_{1}\\u\,{\frac {t_{T}-t}{t_{T}-t_{1}}}&t_{1}<t<t_{T}\\0&t\geqslant t_{T}\end{cases}}}

    Z tych trzech funkcji wyprowadza się przedstawiony dalej podział systemów czasu rzeczywistego na „hard” (1), „firm” (2) i „soft” (3).

    Robot – mechaniczne urządzenie wykonujące automatycznie pewne zadania. Działanie robota może być sterowane przez człowieka, przez wprowadzony wcześniej program, bądź przez zbiór ogólnych reguł, które zostają przełożone na działanie robota przy pomocy technik sztucznej inteligencji. Roboty często zastępują człowieka przy monotonnych, złożonych z powtarzających się kroków czynnościach, które mogą wykonywać znacznie szybciej od ludzi. Domeną ich zastosowań są też te zadania, które są niebezpieczne dla człowieka, na przykład związane z manipulacją szkodliwymi dla zdrowia substancjami lub przebywaniem w nieprzyjaznym środowisku.Przemysł – dział produkcji materialnej, w którym wydobywanie zasobów przyrody i dostosowanie ich do potrzeb ludzi odbywa się na dużą skalę, na zasadzie podziału pracy i za pomocą maszyn.
  • to chwila zlecenia zadania systemowi, uznawana za początek realizacji tego zadania,
  • to najpóźniejsza chwila w której przetwarzanie może zostać zakończone (ang. deadline),
  • w przypadku (3) funkcja jest ciągła w punktach i
  • Dla wartości funkcji zysku nie określa się, gdyż oczywiście nie jest to sytuacja realizowalna fizycznie.
  • Praktyczne uproszczenie[ | edytuj kod]

    W systemie czasu rzeczywistego przekształcanie danych przesyłanych do lub z zewnętrznego środowiska zachodzi w deterministycznie określonym czasie. Stosuje się pojęcie terminu (ang. deadline), oznaczające najdłuższy dopuszczalny czas reakcji systemu na wystąpienie zdarzenia.

    System operacyjny (ang. Operating System, skrót OS) – oprogramowanie zarządzające systemem komputerowym, tworzące środowisko do uruchamiania i kontroli zadań użytkownika.Proces technologiczny – uporządkowany ilościowo i jakościowo zbiór czynności zmieniających własności fizyczne (kształt, wielkość), formę występowania lub własności chemiczne określonej substancji (materiału). Proces technologiczny razem z czynnościami pomocniczymi (przemieszczanie materiału) stanowią proces produkcyjny, w wyniku którego otrzymywany jest produkt.

    System czasu rzeczywistego nie musi być szybki – istotne jest jedynie, aby jego działania spełniały narzucone ograniczenia czasowe.

    Praktyka[ | edytuj kod]

    System informatyczny czasu rzeczywistego[ | edytuj kod]

    Często pod pojęciem „system czasu rzeczywistego” rozumie się systemy zbudowane z wykorzystaniem komputera, pracującego pod kontrolą systemu operacyjnego czasu rzeczywistego. W skład takiego systemu włącza się także jego niezbędne otoczenie, takie jak deterministyczne sieci transmisyjne (np. Fip, Modbus, Genius, CAN i in.), układy wejściowe i wyjściowe oraz urządzenia kontrolowane przez komputer (np. roboty).

    ABS (niem. Antiblockiersystem; ang. Anti-Lock Braking System) to układ stosowany w pojazdach mechanicznych w celu zapobiegania blokowaniu kół podczas hamowania, jako element układu hamulcowego. System ten jest zaliczany do grupy systemów Advanced Vehicle Control Systems (albo Automated Highway Systems). Jego bezpośrednim rozwinięciem są systemy ASR. Jest on również wykorzystywany jako element składowy bardziej rozwiniętych systemów jak ESP, czy Adaptive Cruise Control.Funkcja (łac. functio, -onis, „odbywanie, wykonywanie, czynność”) – dla danych dwóch zbiorów X i Y przyporządkowanie każdemu elementowi zbioru X dokładnie jednego elementu zbioru Y. Oznacza się ją na ogół f, g, h itd.

    Aby system składający się z komponentów był systemem czasu rzeczywistego, konieczne jest spełnianie wymogów systemu czasu rzeczywistego przez każdy z komponentów. W przypadku systemów informatycznych oznacza to, że zarówno sprzęt, system operacyjny, jak i oprogramowanie aplikacyjne muszą gwarantować dotrzymanie zdefiniowanych ograniczeń czasowych.

    System rozproszony (ang. distributed system) to zbiór niezależnych urządzeń technicznych połączonych w jedną, spójną logicznie całość. Zwykle łączonymi urządzeniami są komputery, rzadziej – systemy automatyki. Połączenie najczęściej realizowane jest przez sieć komputerową, jednak można wykorzystać również inne – prostsze – magistrale komunikacyjne. Urządzenia są wyposażone w oprogramowanie umożliwiające współdzielenie zasobów systemowych.Giełda – organizowane w ustalonym miejscu i czasie spotkania handlowe, na których sprzedawane są ściśle określone towary po cenach ogłoszonych w codziennych notowaniach. Transakcje na giełdach zawierane są zgodnie z obowiązującym regulaminem, między członkami giełdy pośredniczącymi w zawieraniu transakcji.

    W realizacji oprogramowania działającego w czasie rzeczywistym niezbędna jest analiza wydajności działania aplikacji.

    Podział[ | edytuj kod]

    Praktyczny podział systemów czasu rzeczywistego wynika z opisanych wcześniej trzech charakterystycznych teoretycznych funkcji zysku.

  • systemy o ostrych ograniczeniach czasowych (ang. hard real-time) – gdy przekroczenie terminu powoduje poważne, a nawet katastrofalne skutki, jak np. zagrożenie życia lub zdrowia ludzi, uszkodzenie lub zniszczenie urządzeń, przy czym nie jest istotna wielkość przekroczenia terminu a jedynie sam fakt jego przekroczenia,
  • systemy o mocnych ograniczeniach czasowych (ang. firm real-time) – gdy fakt przekroczenia terminu powoduje całkowitą nieprzydatność wypracowanego przez system wyniku, jednakże nie oznacza to zagrożenia dla ludzi lub sprzętu; pojęcie to stosowane jest głównie w opisie teoretycznym baz danych czasu rzeczywistego,
  • systemy o miękkich lub łagodnych ograniczeniach czasowych (ang. soft real-time) – gdy przekroczenie pewnego czasu powoduje negatywne skutki tym poważniejsze, im bardziej ten czas został przekroczony; w tym przypadku przez „negatywne skutki” rozumie się spadek funkcji zysku aż do osiągnięcia wartości zero w chwili
  • Kwestie sporne[ | edytuj kod]

    Niektórzy autorzy negują powyższy podział, uznając za systemy czasu rzeczywistego wyłącznie te o ostrych ograniczeniach czasowych.

    Wymiar wielkości fizycznej – wyrażenie danej wielkości za pomocą wielkości podstawowych danego układu wielkości fizycznych, w postaci iloczynu wielkości podstawowych w odpowiednich potęgach (wzorem wymiarowym, zbudowanym w oparciu o wzór definicyjny tej wielkości fizycznej).System operacyjny czasu rzeczywistego (ang. Real-Time Operating System - RTOS) to komputerowy system operacyjny, który został opracowany tak, by spełnić wymagania narzucone na czas wykonywania zadanych operacji. Systemy takie stosuje się jako elementy komputerowych systemów sterowania pracujących w reżimie czasu rzeczywistego - system czasu rzeczywistego.

    Część autorów za systemy czasu rzeczywistego uznaje tylko te, które są weryfikowalne metodami formalnymi lub zawężając jeszcze bardziej: tylko te, które już zostały zweryfikowane pozytywnie. Dlatego w tym ujęciu powszechnie stosowane określenie, że dane zadanie jest wykonywane „w czasie rzeczywistym”, jest traktowane jako nadużycie.

    Sieć Petriego – matematyczna reprezentacja dyskretnych systemów rozproszonych. Sieci Petriego zostały zdefiniowane w latach 60. XX w. przez Carla Adama Petriego. Przez swoją zdolność do wyrażania współbieżnych zdarzeń uogólniają one teorię automatów.Modbus – protokół komunikacyjny stworzony przez firmę Modicon. Służy do komunikacji z programowalnymi kontrolerami tej firmy, a także innych producentów. Umożliwia zarządzanie siecią takich urządzeń jak np. system sterowania temperatury i wilgotności. Powstały wersje dla portu szeregowego i dla sieci ethernet. Modbus jest obecnie standardem otwartym.

    Zastosowanie[ | edytuj kod]

    Systemy czasu rzeczywistego znajdują zastosowanie:

  • w przemyśle do nadzorowania procesów technologicznych,
  • do nadzorowania eksperymentów naukowych,
  • w urządzeniach powszechnego użytku, jak sterowniki układów ABS i ESP czy wtrysku paliwa do silników samochodowych, bądź też urządzenia gospodarstwa domowego,
  • w medycynie,
  • w lotnictwie, zastosowaniach wojskowych i kosmicznych.
  • w kasach biletowych (na przykład sprzedaży biletów lotniczych), oprogramowaniu bibliotek i podobnych usługach realizowanych w wielodostępnych systemach rozproszonych
  • Zobacz też[ | edytuj kod]

  • sieć Petriego
  • sprzężenie zwrotne
  • sterownik PLC
  • system operacyjny czasu rzeczywistego
  • ESP (ang. Electronic Stability Program - elektroniczny program stabilizacji) – układ elektroniczny stabilizujący tor jazdy samochodu podczas pokonywania zakrętu, przejmujący kontrolę nad połączonymi układami ABS i ASR. System ten uaktywnia się samoczynnie, przyhamowując jedno lub kilka kół, z chwilą, gdy odpowiedni czujnik wykryje tendencję do wyślizgnięcia się samochodu z zakrętu. Niektórzy producenci nazywają go inaczej, np. VSC, STC itp.Biblioteka (od greckiego βιβλιοθήκη bibliotheke; βιβλίον biblion – książka) – instytucja kultury, która gromadzi, przechowuje i udostępnia materiały biblioteczne oraz informuje o materiałach bibliotecznych (swoich i obcych). W innym znaczeniu jest to też nazwa samego budynku, pomieszczenia lub mebla zawierającego zbiory biblioteczne.




    Reklama

    Czas generowania strony: 0.024 sek.