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Letzte Änderung:
14.12.2017

+++ NEWS: Forschungsprojekt für echtzeitfähige Industrievernetzung mit 5G +++ 

Echtzeitsysteme
Was bedeutet Echtzeit?

In meiner Projektarbeit erlebe ich es immer wieder, dass Echtzeitfähigkeit eines Systems einzig mit der Geschwindigkeit der Informationsverarbeitung gleichgesetzt wird. Das greift jedoch zu kurz. Echtzeitfähigkeit muss vielmehr als das pünktliche Erreichen eines Systemzustandes gesehen werden. Denn bei einem Echtzeitsystem hängt etwa die Korrektheit eines Berechnungsergebnisses, das ein Prozess liefert, nicht nur vom Ergebnis ab, sondern auch von dem Zeitpunkt, an dem es vorliegt. Eine Deadline beschreibt dabei den Zeitpunkt, an dem ein Resultat spätestens vorliegen muss. Wird die Deadline überschritten, ist das Ergebnis ungültig. Diese Aufgabenstellung wird um so komplexer je mehr Prozesse involviert sind.

Harte Zeiten, weiche Zeiten

Scheduling-Problem für acht Tasks mit Vorgänger / Nachfolger-Relation (Precedence Constraints)

Es werden weiche und harte Echtzeitsysteme unterschieden. Bei einem weichen Echtzeitsystem dürfen Deadlines in Ausnahmefällen überschritten werden. Ein Berechnungsergebnis verliert dadurch nicht seine Gültigkeit. Diese Systeme sind nicht sicherheitskritisch.

Bei Systemen mit harten Echtzeitanforderungen ist dies anders; ein Resultat muss spätestens bis zu seiner Deadline vorliegen, sonst verliert es seine Gültigkeit. Beispielsweise wäre der korrekte Zündzeitpunkt eines Airbags eine harte Echtzeitanforderung. Damit ein Airbag seine Wirkung optimal entfalten kann, darf er bei einem Unfall nicht zu spät, aber auch nicht zu früh vom System gezündet werden. Andernfalls würden die Fahrzeuginsassen gefährdet werden.

Das Öffnen und Schließen einer funkferngesteuerten Zentralverriegelung ist dagegen nicht kritisch, denn auf ein paar Millisekunden mehr oder weniger kommt es beim Schließmechanismus nicht an. Hierbei handelt es sich also um ein System mit weichen Echtzeitanforderungen.

Ereignis- und zeitgesteuerte Systeme

Prozesse können aufgrund externer Ereignisse (z.B. Betätigen der Funkfernbedienung der Zentralverriegelung) oder durch den zeitlichen Fortschritt angestoßen und beeinflußt werden.

Bei einem externen Ereignis kann es sich auch um einen Interrupt handeln, der durch einen anderen Prozeß ausgelöst wurde, wenn z.B. ein Betriebsmittel freigegeben wurde. Man bezeichnet solche Systeme auch als Event Triggered.

Schedule mit einer Lösung für die obigen Tasks T1 bis T8 bei drei identischen Prozessoren P1 bis P3

Bei zeitgesteuerten Systemen wird der Zustand einzig durch einen statisch festgelegten Zeitplan (Schedule) verändert. In diesem Zeitplan ist genau bestimmt, wann und wie lange welche Task als Prozeß aktiviert wird und Zugriff auf ein Betriebsmittel wie Prozessor, Speicher, Übertragungsmedium usw. erhält. Diese Systeme werden als Time Triggered bezeichnet.

Es gibt auch hybride Systeme. Diese Systeme verhalten sich nach einem festen Schema im Wechsel einmal wie ein zeitgesteuertes und dann wie ein ereignisgesteuertes System. Beispielsweise können bei einem Übertragungsmedium bestimmte Zeitfenster für sporadische Datenübertragungen reserviert sein.

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Dipl.-Inf. Olaf Barheine, Freiberufler/Freelancer, IT-Consultant, Entwickler

Ettlingen bei Karlsruhe, Baden-Württemberg, Germany

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