Sistemas de Tempo Real

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Sistemas

Fluxo de controle do sistema Entradas Saídas tempo Tempo de resposta

Sistemas de Tempo Real

• Abrangem todos os dispositivos com restrições de desempenho de tempo

• São muito mais comuns do que computadores desktop (PC)

• Utilizados para o controle de artefatos elétricos ou mecânicos

• Podem estar embutidos em diferentes tipo de máquinas • Avião, Metrô, Central telefônica, Máquinas industriais,

Fornos microondas, Celulares, Máquinas de lavar, Motores de automóveis

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Sistemas de Tempo Real – Definições

• Um STR é aquele que possui requisitos de

restrição de tempo, incluindo restrições de tempo

de resposta [Leis e Pythian]

• Um STR é aquele na qual a sua corretitude

depende não apenas da lógica da computação,

mas também do cumprimento do tempo na

produção dos resultados [Stankovic]

• São aqueles nos quais a temporização é

essencial para a sua correção [Douglass 99]

Restrições de tempo

• Um aspecto crítico de STR é como ele lida com o tempo

• Os requisitos de tempo devem ser especificados com precisão como

restrições de desempenho de tempo

• Na avaliação é importante verificar aspectos de correção e desempenho em relação ao tempo

• Exemplos de restrições de tempo

– "A porta do elevador deve fechar cinco segundos após ter sido aberta" – "O sistema deve emitir um sinal elétrico a cada 35 centésimos de

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Aplicações de Sistemas Tempo Real

• Aeronaves – controle de vôo, controle de navegação, controle de T e P ambiental

• Automóveis – controle de injeção de combustíveis, controle de travamento

• Equipamentos médicos – marca-passo, equipamentos de cuidados intensivos

• Exploração espacial – robôs de exploração, controle ambiental

• Militar – Lançamento de projéteis, controle de veículos • Controle de elevadores

• Jogos de computadores (video games)

• PC portátil para supervisão do sistema e interface de operador.

• Um barramento de comunicação (fieldbus) – CAN – Controller Area

Network.

• Gateway de ligação entre o computador

e o barramento.

• Subsistemas de aquisição (unidades locais). In te r fa c e d e O p e r a ç ã o B a rrame nt o C A N G a te w a y U n id a d e L o c a l 1 U n id a d e L o c a l 2 U n id a d e L o c a l N S is te m a d e d is p a r o In te r fa c e R F

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Condicionamento de Sinal ADC µP Geofone Condicionamento de Sinal ADC Geofone

...

Sistema Local (SL)

Sistemas locais de aquisição

Sistemas locais de aquisição (placa de

avaliação)

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Conceitos – 1/2

• Entradas e saídas são informações que o

sistema recebe e fornece ao ambiente externo.

• Uma tarefa é uma unidade de ação do sistema

que transforma um conjunto de entradas em

saídas.

• Requisitos funcionais determinam as tarefas que

um sistema desempenha em termos de suas

entradas e saídas.

• Uma especificação de sistema é um documento

que define os requisitos do sistema.

Conceitos – 2/2

• O fluxo de controle corresponde a seqüência de passos para transformar entradas em saídas.

• Muitos são de segurança-crítica (safety-critical)

• Uma interação é a ocorrência de entradas e saídas durante a execução e que pode alterar o fluxo de controle.

• O tempo de resposta é o intervalo entre o fornecimento de valores de entradas e a apresentação das respectivas respostas.

• Uma falha do sistema ocorre quando os requisitos do sistema não são atingidos. Fluxo de controle do sistema Entradas Saídas tempo Tempo de resposta

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Arquitetura Típica de um SCTR

Sistema controlador Entradas Saídas tempo Tempo de resposta Sistema a controlar Operador

Tipos de Sistemas de Tempo Real

• Quanto ao fluxo de controle

– Sistema em Lote (batch) – transforma entradas em saídas em um fluxo de controle sem interrupções. Não ocorrem novas entradas.

– Sistema Interativo – o fluxo de controle original pode ser modificado ou interrompido através da ocorrência de eventos e novas entradas podem ser fornecidas. – Sistemas de Controle – controla o ambiente obtendo

entradas em sensores e gerando saídas para acionadores.

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Sistema de controle

• Utilizados para controle de dispositivos externo

– Dispositivos elétricos podem ser controlados diretamente interpretando um sinal elétrico

– Outros dispositivos são controlados diretamente através de sensores e atuadores

• São sistemas reativos

– Definem um conjunto de ações que são ativadas pela ocorrência de

eventos específicos

– Utilizam feedback do ambiente - eventos externos que ocorrem no ambiente

– A interação com o ambiente é imprevisível

• São fortemente dependentes do tempo

Fluxo de controle do sistema

Sensores Atuadores

Ambiente

Tipos de Sistemas de Controle

• Sistemas de controle de ciclo-fechado (closed-loop)

– Utilizam o feedback do ambiente para modificar suas ações de maneira a alterar uma propriedade que está sendo monitorada

• Sistemas de controle de ciclo-aberto (open-loop)

– Não utilizam o feedback do ambiente para modificar sua intervenção na propriedade do ambiente que está sendo monitorada Fluxo de controle do sistema Sensores Atuadores Variável de ambiente Fluxo de controle do sistema Variáveis de ambiente

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Sistema de Controle Digital

Ambiente Alvo Sensor Controlador A/D A/D D/A Valores de referência Atuador Controlador Digital

Sistema de controle e comando

Sistema de Controle e Comando

temperatura, pressão, energia,… terminais

sensores/atuadores Posto de

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Controle de válvulas

flow meter valve

interface

input flow reading processing output valve angle

Controle de processo

Controle de processo stirrer valve temperature transducer Interface de usuário (console) Petróleo e Gás

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Tipos de Sistemas de Tempo Real

• Quanto ao cumprimento de prazo (deadline)

– STR rigoroso ou crítico (hard) – quando uma falha de

cumprimento de prazo, causa uma falha do sistema – STR brando (soft) – quando o desempenho é

degradado pela falha de cumprimento de prazo, mas não causa uma falha do sistema

– STR firme (firm) – quando uma falha de cumprimento de prazo pode ser tolerada ocasionalmente.

Sistemas Embutidos

• Fazem parte de um sistema maior

• Normalmente não possuem vídeo ou teclados

• Baixo custo processadores de 4 ou 8 bits e memoria de 64K são comuns

• Hardware e software num único pacote

• Poucas ferramentas de desenvolvimento de software • Muitas vezes o software é desenvolvido antes do hardware • Devem funcionar por longos períodos de tempo sem

interrupções

• Estão sujeitos a interferência externas que podem danificá-los

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Management Computer Gateway GPS VT Task Controller Bridge Implement Node Implement Node Engine Hitch Tractor to Implement Bridge Tractor Bus

SCTR embutido – máquinas agrícolas

SCTR embutido – Aviação

44 44 44 2282 Transponder CDA Autopilot GPS TA/AS Transponder Autopilot GPS CDA TA/AS A CDA 101 (Common Digital Architecture é

uma arquitetura padrão para a interconexão de equipamentos eletrônicos em veículos.

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Seaborne Target 2000 (ST 2000)

Local Local Backbone Fronteira da área previsível

Sistemas multimídia

Vídeo Áudio Vídeo

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Hello He llo 0 1 2 time llo He 0 1 2 3 4 time llo..he

Aspectos temporais em uma mídia

• Dados são transmitidos como um fluxo – streaming • Cada pacote de informação deve ter um instante

específico.

• É preciso haver controle na ordenação.

Aspectos temporais em multimídia

• Áudio e vídeo precisam ser sincronizados na execução

Codificação Compressão Multiplexação

0 1 2 audio time

0 1 2 video time Transmissão

Demultiplexação Descompressão Decodificação

0 1 2 3 4 time 0 1 2 3 4 time