Sistemas de Tempo Real

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1 Sistemas Entradas Fluxo de controle do sistema Saídas Tempo de resposta tempo 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

2 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 segundos (0,35s)"

3 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) Sistema de Aquisição Sísmica 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). Interface de Operação Unidade Local 1 Unidade Local 2 Unidade Local N Interface RF Gateway Barramento CAN Sistema de disparo

4 Sistemas locais de aquisição Sistema Local (SL) Geofone ADC Condicionamento de Sinal µp... Geofone ADC Condicionamento de Sinal Sistemas locais de aquisição (placa de avaliação)

5 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. Entradas Fluxo de controle do sistema Saídas Tempo de resposta tempo

6 Arquitetura Típica de um SCTR Sistema a controlar Entradas Sistema controlador Saídas Operador Tempo de resposta tempo 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.

7 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 Ambiente Sensores Fluxo de controle do sistema Atuadores Tipos de Sistemas de Controle Sistemas de controle de ciclofechado (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 cicloaberto (open-loop) Não utilizam o feedback do ambiente para modificar sua intervenção na propriedade do ambiente que está sendo monitorada Sensores Fluxo de controle do sistema Variável de ambiente Fluxo de controle do sistema Atuadores Variáveis de ambiente

8 Sistema de Controle Digital Controlador Digital Valores de referência A/D A/D Controlador D/A Sensor Ambiente Alvo Atuador Sistema de controle e comando Posto de comando Sistema de Controle e Comando terminais temperatura, pressão, energia, sensores/atuadores

9 Controle de válvulas interface input flow reading processing flow meter output valve angle valve Controle de processo Interface de usuário (console) Controle de processo Petróleo e Gás valve temperature transducer stirrer

10 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 danificálos

11 SCTR embutido máquinas agrícolas Management Computer Implement Node Task Controller VT Gateway Bridge Hitch Tractor to Implement Bridge GPS Engine Tractor Bus Implement Node SCTR embutido Aviação A CDA 101 (Common Digital Architecture é uma arquitetura padrão para a interconexão de equipamentos eletrônicos em veículos. 44 Transponder CDA Autopilot Transponder CDA Autopilot TA/AS GPS TA/AS GPS

12 Seaborne Target 2000 (ST 2000) Sistemas multimídia Local Backbone Local Áudio Vídeo Áudio Vídeo Fronteira da área previsível Áudio Vídeo Áudio Vídeo

13 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. Hello llo..he He llo time llo He time Aspectos temporais em multimídia Áudio e vídeo precisam ser sincronizados na execução audio time Codificação Compressão Multiplexação video time Transmissão Demultiplexação Descompressão Decodificação time time