UPV - EHU

MOISE

Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia SailaDepartamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 1

Introducción al tiempo real en sistemas

empotrados

Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea

Master en Ingeniería de Sistemas Empotrados

Parte I: Fundamentos

UPV - EHU

MOISE

Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia SailaDepartamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 2

Contenido

• Introducción• Soporte de interrupciones• Conceptos de sistemas operativos• Planificación en sistemas de tiempo real• Mecanismos de sincronización y comunicación• Planificación de tiempo real con recursos

compartidos

UPV - EHU

MOISE

Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia SailaDepartamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 3

Bibliografía general

SOBRE SISTEMAS OPERATIVOS• A. Lafuente: Sistemas Operativos II. Apuntes de la asignatura. Edición 2009-10.

http://www.sc.ehu.es/acwlaroa/SO2.htm • M.J. Rochkind: Advanced Unix Programming (2nd Edition), Addison-Wesley, 2004.• C. Rodríguez, I. Alegría, J. G. Abascal, A. Lafuente: Descripción funcional de los sistemas

operativos. Síntesis S.A. Madrid, 1994• S. Sánchez Prieto: Sistemas Operativos. Universidad de Alcalá de Henares, Servicio

Editorial, 2005.• A. Silberschatz, P. Galvin, G. Gagne: Conceptos de Sistemas Operativos (7a edición). Willey,

2006.• A.S. Tanenbaum: Modern Operating Systems (3rd edition). Prentice-Hall, 2008.

SOBRE TIEMPO REAL

• G.C. Buttazzo: Hard Real-Time Computing Systems: Predictable Scheduling Algorithms and Applications (3rd edition), Springer 2011.

• Q. Li: Real-Time concepts for embedded systems. CMP Books, 2003.• J. Liu: Real-Time Systems, Prentice-Hall, 2000.• H. Kopetz: Real-Time Systems: design principles for distributed embedded applications.

Kluwer, 1997.

UPV - EHU

MOISE

Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia SailaDepartamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 4

Contenido

• Introducción• Soporte de interrupciones• Conceptos de sistemas operativos• Planificación en sistemas de tiempo real• Mecanismos de sincronización y comunicación• Planificación de tiempo real con recursos

compartidos

UPV - EHU

MOISE

Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia SailaDepartamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 5

IntroducciónContenido

• Sistemas de propósito general• Sistemas empotrados• Sistemas de tiempo real

UPV - EHU

MOISE

Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia SailaDepartamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 6

Sistemas de propósito general

Aplicaciones

SO

Hw

UPV - EHU

MOISE

Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia SailaDepartamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 7

Sistemas de propósito general

• En general, no hay restricciones de hardware.

• Componente Hw estándar: PC• SO de propósito general• Objetivo: soportar cualquier tipo de

aplicación

UPV - EHU

MOISE

Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia SailaDepartamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 8

Sistemas empotrados

• Conjunto hardware/software • integrado dentro de un sistema más

complejo, • al que controla, • que usualmente funciona sin intervención

humana

UPV - EHU

MOISE

Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia SailaDepartamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 9

Sistemas empotrados

Sistemasensor

Sistemasensor

SistemaactuadorSistemaactuador

Sistema de controlSistema

de control

Sistema controlad

o

Sistema controlad

o

UPV - EHU

MOISE

Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia SailaDepartamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 10

Sistemas empotradosEjemplo

(Extraído del curso de J.A. de la Puente, UPM)

UPV - EHU

MOISE

Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia SailaDepartamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 11

Sistemas empotradosCaracterísticas

• Restricción de recursos disponibles– Potencia de cálculo– Capacidad de almacenamiento– Consumo…

• Dependencia e interacción con el entorno – mediante sensores– muy diversos

• Aplicaciones muy variadas • Habitualmente requieren respuesta en

tiempo real

UPV - EHU

MOISE

Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia SailaDepartamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 12

Sistemas de tiempo real

• Las tareas tienen un plazo para realizarse.• Para que la tarea se ejecute correctamente:

– El resultado debe ser correcto– El resultado debe producirse en dicho plazo

UPV - EHU

MOISE

Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia SailaDepartamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 13

Tipos de sistemas de tiempo realsegún el plazo

(Extraído del curso de J.A. de la Puente, UPM)

UPV - EHU

MOISE

Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia SailaDepartamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 14

Sistemas de tiempo realEjemplo de sistema de tiempo real con tiempo de respuesta crítico (I)

• Un coche, controlado mediante un microprocesador, viaja a una velocidad de 90 km/h (25 m/s).

• Un sensor reconoce un obstáculo a 75 m de distancia.• A esa velocidad el coche necesita 25 m para

detenerse completamente.• El sistema dispone, para reaccionar, de:

ssm

m

v

et 2

/25

50

UPV - EHU

MOISE

Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia SailaDepartamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 15

Sistemas de tiempo realEjemplo de sistema de tiempo real con tiempo de respuesta crítico (II)

• Supongamos que la tarea que se encarga del frenado se ejecuta en 0,1 s.

• Supongamos que además el sistema de control está recibiendo órdenes para:– Subir una ventanilla: 4 s– Mantener la temperatura a 22 ºC: 0,1 s– Girar el volante: 0,1 s– etc.

• Según cómo se planifiquen esas tareas, puede que no le dé tiempo a frenar.

• No es un problema sólo de rendimiento del procesador, sino principalmente de planificación de las tareas.

UPV - EHU

MOISE

Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia SailaDepartamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 16

Sistemas empotrados de tiempo real

Aplicaciones

SO

Hw

• Debido a las restricciones, los sistemas generales son suelen ser adecuados como sistemas empotrados de tiempo real.

UPV - EHU

MOISE

Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia SailaDepartamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 17

Sistemas empotrados de tiempo real

Aplicación de TR+

Componentes de SO

Hwempotrado

UPV - EHU

MOISE

Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia SailaDepartamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 18

Diseño de sistemas de tiempo real

(Extraído del curso de J.A. de la Puente, UPM)

UPV - EHU

MOISE

Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia SailaDepartamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 19

Qué vamos a estudiar…

• Los mecanismos de soporte y de gestión de interrupciones.

• Los conceptos de programación de sistemas – Interfaz de llamadas al sistema operativo– Tareas/Procesos/Threads

• Las políticas de planificación de tareas en sistemas de tiempo real.

• Los conceptos de sincronicación y comunicación entre tareas y su aplicación a la gestión de recursos compartidos.

• La adaptación de las políticas de tiempo real a situaciones con recursos compartidos.