Echtzeitsysteme: Grundlagen der Planung by Dieter Zöbel

By Dieter Zöbel

Echtzeitsysteme sind heute überall vorhanden, aber dennoch meist verborgen. Ohne unmittelbar in Erscheinung zu treten, steuern sie Produktionsanlagen, assistieren beim Autofahren oder sichern die Qualität der Sprachübertragung in weltweiten Netzen. Trotz der ungeheueren Bandbreite dieser Anwendungen stellen Rechtzeitigkeit, Vorhersagbarkeit und Zuverlässigkeit verbindende Eigenschaften dar.
Echtzeitsysteme greifen in technische Prozesse ein, um sie zum richtigen Zeitpunkt zu den richtigen Aktionen zu bewegen. Vor diesem Hintergrund ist eingehend zu planen, wann welche Aktionen durchgeführt werden sollen. Für die Entwickler von Echtzeitanwendungen ist es deshalb unerlässlich, die grundlegenden Planungsverfahren zu kennen, sowie deren Einsatzfähigkeit und deren Anforderungen an die Infrastruktur abschätzen zu können. Zu den relevanten Infrastrukturen gehören einfache Rechensysteme, Mehrprozessorsysteme und verteilte Systeme.
Zahlreiche Aufgaben mit Lösungen sollen zu einem vertieften Verständnis beitragen.

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Die Brauchbarkeit (engl. feasibility) einer Prozessmenge P besteht darin, dass f¨ ur sie ein brauchbarer Plan existiert. Mit F ⊂ 2P wird die Menge aller Prozessmengen bezeichnet, die einen brauchbaren Plan besitzen. Die hier eingef¨ uhrte Notation f¨ ur die Prozessparameter unterscheidet strikt zwischen einem Zeitpunkt x, wie beispielsweise einer Bereitzeit rij , und einer Zeitspanne ∆y, beispielsweise einer Ausf¨ uhrungszeit ∆eji . Dies ist darin begr¨ undet, dass es unter algebraischen, physikalischen oder auch programmiertechnischen Gesichtpunkten sinnvoll ist, diese Unterscheidung durchg¨angig herauszustellen.

Parallelit¨at und Synchronisierung ............................. Parallele Programme und Konsistenz der Daten ........... Elementare Synchronisierungsoperationen .................. H¨ ohere Synchronisierungsoperationen ....................... Parallelit¨at bei Mehrprozessorsystemen ...................... Migration von Prozessen bei Mehrprozessorsystemen..... Verteilte Echtzeitsysteme....................................... Anforderungen an verteilte Echtzeitsysteme ................ Aufbauprinzipen von Rechnernetzen .........................

18. Die Steuerger¨ ate, die u ¨ber unterschiedliche Rechnernetze verbunden sind, bilden ein komplexes verteiltes System. 5 Echtzeitsysteme in der Praxis 35 Dementsprechend ist ein eigener Bus f¨ ur Antrieb und Fahrwerk zust¨andig. Die Bewegungsdaten, die ein Drehratengeber f¨ ur jedes Rad aufnimmt, werden u ¨ber diesen Bus an das Grund-Modul weitergegeben und dort zur Feststel¨ lung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs herangezogen. Uber einen anderen Bus wird diese Kenngr¨ oße dann an das Steuerger¨at der Armaturentafel weitergegeben und dem Fahrer angezeigt.

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