嵌入式系统实时系统.ppt

嵌入式系统－实时理论 1实时系统概述－实时术语 作业（job） 能够被系统调度和执行的工作单元 任务（task） 共同提供某种系统功能的一组相关作业 活动资源（active resource） 作业执行时占用的资源：比如CPU、网络、磁盘 释放时间（release time） 在这一时刻，作业可以开始执行 时限（deadline） 作业必须在给定的时间点之前完成，这一时间点即是时限 响应时间（response time） 作业从释放到完成的时间长度 相对时限（relative deadline） 作业的最大允许响应时间 绝对时限（absolute deadline） 作业的释放时间加上相对时限 定时约束（timing constraint） 对作业的定时行为所施加的约束 实时系统概述－定时约束 对于一个给定的时限，如果计算任务没有完成，有三种情况： 强定时约束 当不能满足定时约束或时限被认为是致命错误时，这个定时约束就是强定时约束 弱定时约束 同样不希望作业的执行延迟 个别弱时限的延迟不会造成严重的后果 随着延迟的作业的增多，系统整体性能会变差 实时系统概述－实时系统定义 POSIX 1003.b定义 指系统能够在限定的响应时间内提供所需水平的服务 一个实时系统必须满足的条件 计算机必须在一个给定的时间期限之前完成计算任务 硬实时系统 如果计算机没有能够及时的交付计算结果，那么由这个计算机控制的系统就会发生灾难性的后果 具有强定时约束 软实时系统 对计算任务有时限要求，但该时限要求的延迟不会引起严重的后果 一般不需要证明系统确实满足实时性能要求 具有弱定时约束 2实时系统参考模型－处理器和资源 处理器 如果两个处理器功能相同并且可以交换使用，那么就可以认为它们是同一类型 例如：对称多处理器系统中的多CPU 通常在关注作业调度、同步和处理器利用率时，不区分处理器类型 资源 被动资源 如内存、序列号、信号量和锁 实时系统参考模型－时间参数 通常假定强实时作业和任务的许多参数总是已知的 例如系统中任务的个数 在许多嵌入式系统中，只要系统处于一种操作模式下，其任务个数就是固定的 当系统的操作模式改变时，任务个数也会改变，在新模式下的任务数也应该是已知的 对于任务个数会改变的系统，系统必须维护所有已有强实时任务的信息，包括个数 作业的参数 时间参数：说明作业的定时约束和行为 互连参数：描述作业如何依赖于其他作业以及其他作业如何依赖于它 功能参数：说明作业的内在属性 资源参数：说明其资源要求 实时系统参考模型－时间参数（2） 释放时间、绝对时限与相对时限都是时间参数 用ri，di，Di表示 作业的可行间隔 作业Ji的释放时间和绝对时限之间的时间间隔（ri，di） 释放时间抖动（release-time jitter） 假设ri在一定范围[ri-，ri+]内波动 ri-：最早释放时间 ri＋：最晚释放时间 如果每个作业的实际释放时间可以用其最早或者最晚释放时间近似代替，则说作业有固定的释放时间 释放时间间隔（inter-release time） 作业流中两个连续作业的释放时间的间隔 实时系统参考模型－时间参数（3） 偶发作业（sporadic job）或非周期作业（aperiodic job） 某些作业的释放时间在产生它们的事件发生之前是不知道的 随机时刻释放 随机分布的概论A(x)：作业的释放时间在x或者x之前的概率 到达时间（arrival time）或者到达时间间隔（inter-arrival time） 当一个非周期作业释放时称为到达 A(x)是到达时间分布或者到达时间间隔分布 实时系统参考模型－时间参数（4） 执行时间ei 在Ji独自执行并且其所需要的资源都具备的情况下，完成Ji的执行所需要的时间 取决于作业的复杂度和处理器速度，与作业如何调度无关 完成任务需要的实际时间会发生变化 ei在范围[ei-,ei+] ei-：Ji的最小执行时间 ei+：Ji的最大执行时间 通常假定所有强实时作业的ei-和ei+都是已知的 实际执行时间是未知的 实时系统参考模型－周期性任务模型 周期性任务模型 适用于确定性工作负荷 准确性会随着释放时间抖动的增加以及执行时间的变动而变弱 周期任务（period task） 如每个计算或者数据传输按照规则的或者半规则的时间间隔反复不断的执行，以便为系统提供某个功能，就将之建模为周期任务 周期任务是一系列的作业Ti 对于Ti 周期pi 是Ti中相连的作业的释放时间间隔之中的最小长度 执行时间（execution time）ei 是Ti中所有作业的最大执行时间 实时系统参考模型－周期性任务模型（2） Ti的相位 每个任务Ti的第一个作业Ji,1的释放时间ri,1 定义为φi=ri,1 具有相