Phân Tích Thiết Kế Hệ Thống Thời Gian Thực

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu phân tích thiết kế hệ thống thời gian thực luận văn ths công nghệ thông tin 1 01 10, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải

• Tác giả: Lê Thị Hồng Hà
• Người hướng dẫn: PGS. Đoàn Văn Ban
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
• Đề tài: Phân Tích Thiết Kế Hệ Thống Thời Gian Thực Trong Công Nghệ Thông Tin
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2007
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Hệ Thống Thời Gian Thực Tổng Quan Khái Niệm Cơ Bản

Trong lĩnh vực công nghệ thông tin, khái niệm hệ thống thời gian thực (Real-time systems) thường gây ra nhiều tranh cãi và hiểu lầm. Một số người cho rằng đó là hệ thống siêu nhanh, chỉ hoạt động trong phạm vi micro giây. Số khác lại liên kết nó với các hệ thống nhúng. Quan điểm được chấp nhận rộng rãi nhất đến từ Stankovic: "Hệ thống thời gian thực là hệ thống mà tính đúng đắn của nó không chỉ phụ thuộc vào các kết quả logic nó tạo ra mà còn phụ thuộc vào thời điểm các kết quả đó được tạo ra." Điều này nhấn mạnh rằng một hệ thống thời gian thực không chỉ cần trả về kết quả chính xác, mà còn phải trả về đúng thời điểm. Sai sót về thời gian cũng là một lỗi. Quan niệm sai lầm phổ biến là hệ thống thời gian thực đồng nghĩa với hệ thống xử lý tốc độ cao. Thực tế, yếu tố quan trọng là khả năng đáp ứng trong một khoảng thời gian nhất định.

1.1. Định Nghĩa Hệ Thống Thời Gian Thực Trong CNTT

Theo Stankovic, một hệ thống thời gian thực là hệ thống mà tính đúng đắn phụ thuộc cả vào kết quả logic và thời điểm tạo ra kết quả. Nếu kết quả đúng nhưng đến muộn, hệ thống vẫn bị coi là lỗi. Khác biệt chính giữa hệ thống thời gian thực và các hệ thống khác nằm ở tầm quan trọng của thời gian. Ví dụ, trong hệ thống kiểm soát không lưu, việc cung cấp thông tin vị trí máy bay muộn vài giây có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng. "Hệ thống thời gian thực là hệ thống mà tính đúng đắn của nó không chỉ phụ thuộc vào các kết quả logic nó tạo ra mà còn phụ thuộc vào thời điểm các kết quả đó được tạo ra". (Sta96).

1.2. Phân Biệt Hệ Thống Thời Gian Thực và Hệ Thống Thông Thường

Điểm khác biệt then chốt giữa hệ thống thời gian thực và hệ thống thông thường nằm ở yêu cầu về tính đúng thời gian (Timing correctness). Trong các hệ thống thông thường, kết quả chính xác là đủ. Nhưng trong hệ thống thời gian thực, thời gian kết quả được tạo ra cũng quan trọng không kém. Ví dụ, một trang web bán hàng trực tuyến không yêu cầu phản hồi ngay lập tức, trong khi hệ thống điều khiển van trong nhà máy hóa chất thì có. Hệ thống bán hàng chỉ cần tính toán đúng, còn hệ thống điều khiển van cần tính toán và thực hiện hành động đóng/mở van đúng lúc.

II. Phân Loại Hệ Thống Thời Gian Thực Cứng Mềm Ứng Dụng

Hệ thống thời gian thực được chia thành hai loại chính: hệ thống thời gian thực cứng (hard real-time system) và hệ thống thời gian thực mềm (soft real-time system). Hệ thống thời gian thực cứng yêu cầu tuân thủ nghiêm ngặt các ràng buộc về thời gian. Bất kỳ vi phạm nào đều có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng, thậm chí chết người. Ví dụ: hệ thống kiểm soát không lưu hoặc hệ thống điều khiển phanh ABS trên ô tô. Ngược lại, hệ thống thời gian thực mềm cho phép một số vi phạm về thời gian, mặc dù điều này có thể làm giảm chất lượng dịch vụ. Ví dụ: hệ thống truyền phát video trực tuyến. Thực tế, nhiều hệ thống kết hợp cả hai loại, trong đó một số thành phần có yêu cầu thời gian nghiêm ngặt hơn những thành phần khác.

2.1. Đặc Điểm và Ví Dụ về Hệ Thống Thời Gian Thực Cứng

Hệ thống thời gian thực cứng yêu cầu hoàn thành mọi tác vụ đúng thời hạn, không có ngoại lệ. Việc bỏ lỡ thời hạn có thể dẫn đến hậu quả thảm khốc. Ví dụ điển hình là hệ thống điều khiển lò phản ứng hạt nhân. Nếu hệ thống không phản ứng đủ nhanh trước sự cố, nó có thể dẫn đến nổ hạt nhân. Các hệ thống nhúng thời gian thực (Real-time embedded systems) điều khiển máy bay, tên lửa, và thiết bị y tế cũng thuộc loại này. Các thuật toán điều khiển phụ thuộc vào thời gian nhịp tim của người bệnh, nếu thời gian này bị trễ, tính mạng của người bệnh sẽ bị ảnh hưởng.

2.2. Đặc Điểm và Ví Dụ về Hệ Thống Thời Gian Thực Mềm

Hệ thống thời gian thực mềm cho phép bỏ lỡ thời hạn, nhưng hiệu suất hoặc chất lượng dịch vụ có thể bị giảm sút. Ví dụ, hệ thống truyền phát video trực tuyến. Nếu có sự chậm trễ nhỏ, video có thể bị giật hoặc chất lượng giảm, nhưng hệ thống vẫn tiếp tục hoạt động. Các hệ thống giao dịch ngân hàng trực tuyến, trò chơi trực tuyến cũng thuộc loại này. Sự chậm trễ có thể gây khó chịu, nhưng không gây ra hậu quả nghiêm trọng như trong hệ thống thời gian thực cứng.

2.3. Hệ Thống Kết Hợp Thời Gian Thực Cứng và Mềm

Trong nhiều ứng dụng phức tạp, cả hai loại hệ thống thời gian thực đều được sử dụng. Ví dụ, một robot công nghiệp có thể có các thành phần điều khiển chuyển động cứng và các thành phần xử lý hình ảnh mềm. Các thành phần điều khiển chuyển động phải phản ứng nhanh chóng để tránh va chạm, trong khi các thành phần xử lý hình ảnh có thể chấp nhận một số chậm trễ nhỏ. Một ví dụ khác là hệ thống xe tự hành. Việc điều khiển phanh và lái xe cần được thực hiện một cách chắc chắn (thời gian thực cứng), còn việc xử lý các thông tin giải trí có thể cho phép chậm trễ nhất định (thời gian thực mềm).

III. Thiết Kế Hệ Thống Thời Gian Thực Yếu Tố và Thách Thức Chính

Thiết kế hệ thống (Systems Design) thời gian thực đặt ra nhiều thách thức riêng. Yếu tố quan trọng nhất là đảm bảo tính đúng thời gian. Các nhà phân tích hệ thống (Systems Analysis) phải xác định chính xác các yêu cầu thời gian và chọn các kỹ thuật thiết kế và lập trình phù hợp. Một thách thức khác là xử lý tính đồng thời (Concurrency). Hệ thống thời gian thực thường phải xử lý nhiều sự kiện đồng thời. Do đó, cần có các cơ chế đồng bộ hóa và quản lý tài nguyên (Resource management) hiệu quả. Ngoài ra, độ tin cậy (Reliability) và tính khả dụng (Availability) cũng là những yếu tố quan trọng.

3.1. Các Yêu Cầu Về Thời Gian và Ràng Buộc Trong Thiết Kế

Khi thiết kế hệ thống thời gian thực, việc xác định các yêu cầu về thời gian là bước đầu tiên. Điều này bao gồm xác định thời hạn cho mỗi tác vụ, cũng như các ràng buộc về độ trễ (Latency analysis) và độ biến thiên thời gian. Các kỹ thuật như lập lịch thời gian thực (Real-time scheduling) và ưu tiên tác vụ (Task prioritization) có thể được sử dụng để đảm bảo rằng các tác vụ quan trọng được thực hiện đúng thời hạn. Các yêu cầu về thời gian có thể được xác định bằng cách mô hình hóa hệ thống (Real-time system modeling) và thực hiện phân tích độ trễ để xác định các điểm nghẽn tiềm ẩn.

3.2. Xử Lý Tính Đồng Thời và Quản Lý Tài Nguyên Hiệu Quả

Xử lý tính đồng thời là một thách thức lớn trong thiết kế hệ thống thời gian thực. Cần có các cơ chế đồng bộ hóa để tránh tình trạng tranh chấp tài nguyên và đảm bảo tính nhất quán của dữ liệu. Các kỹ thuật như mutexes, semaphores và monitors có thể được sử dụng. Quản lý tài nguyên hiệu quả cũng rất quan trọng. Cần có các chiến lược phân bổ và giải phóng tài nguyên để tránh tình trạng thiếu tài nguyên và đảm bảo rằng các tác vụ có thể hoàn thành đúng thời hạn.

3.3. Đảm Bảo Độ Tin Cậy và Tính Khả Dụng của Hệ Thống

Độ tin cậy và tính khả dụng là những yếu tố quan trọng trong mọi hệ thống, nhưng đặc biệt quan trọng trong hệ thống thời gian thực. Việc mất điện hoặc lỗi phần cứng có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng. Do đó, cần có các cơ chế dự phòng và phục hồi lỗi. Các kỹ thuật như sao lưu dữ liệu, chuyển đổi dự phòng và sửa lỗi có thể được sử dụng. Ngoài ra, việc thực hiện kiểm thử hệ thống thời gian thực (Real-time system testing) kỹ lưỡng là rất quan trọng để phát hiện và sửa các lỗi trước khi hệ thống được triển khai.

IV. Ngôn Ngữ Lập Trình và Hệ Điều Hành Cho Hệ Thống Thời Gian Thực

Việc lựa chọn ngôn ngữ lập trình thời gian thực (Real-time programming languages) và hệ điều hành thời gian thực (Real-time operating systems - RTOS) có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống thời gian thực. Các ngôn ngữ như Ada, C, và C++ thường được sử dụng, vì chúng cho phép kiểm soát chi tiết các tài nguyên hệ thống. Hệ điều hành thời gian thực cung cấp các dịch vụ lập lịch, đồng bộ hóa và quản lý tài nguyên được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu thời gian nghiêm ngặt. Các RTOS phổ biến bao gồm VxWorks, QNX, và FreeRTOS.

4.1. Lựa Chọn Ngôn Ngữ Lập Trình Tối Ưu Cho Thời Gian Thực

Việc chọn ngôn ngữ lập trình phù hợp cho hệ thống thời gian thực là rất quan trọng. Các yếu tố cần xem xét bao gồm hiệu suất, khả năng kiểm soát tài nguyên và hỗ trợ cho các tính năng thời gian thực. Các ngôn ngữ như Ada, C, và C++ thường được sử dụng vì chúng cho phép kiểm soát chi tiết các tài nguyên hệ thống và có hiệu suất cao. Tuy nhiên, các ngôn ngữ khác như Java và Python cũng có thể được sử dụng trong một số trường hợp, đặc biệt là với các RTOS hỗ trợ chúng.

4.2. Vai Trò của Hệ Điều Hành Thời Gian Thực RTOS

Hệ điều hành thời gian thực cung cấp các dịch vụ cần thiết để xây dựng hệ thống thời gian thực. Các dịch vụ này bao gồm lập lịch tác vụ, đồng bộ hóa, quản lý tài nguyên và xử lý ngắt. Một RTOS phải có khả năng đáp ứng nhanh chóng và đáng tin cậy với các sự kiện bên ngoài. Các RTOS phổ biến bao gồm VxWorks, QNX, và FreeRTOS. Việc chọn RTOS phù hợp phụ thuộc vào các yêu cầu cụ thể của ứng dụng.

4.3. Các Tiêu Chí Đánh Giá Hiệu Năng của RTOS

Hiệu năng của RTOS được đánh giá thông qua một số tiêu chí quan trọng. Các tiêu chí này bao gồm độ trễ ngắt, thời gian chuyển đổi ngữ cảnh, và chi phí lập lịch. Độ trễ ngắt là thời gian cần thiết để RTOS phản hồi một ngắt phần cứng. Thời gian chuyển đổi ngữ cảnh là thời gian cần thiết để RTOS chuyển đổi giữa các tác vụ. Chi phí lập lịch là thời gian cần thiết để RTOS quyết định tác vụ nào sẽ chạy tiếp theo. Một RTOS tốt phải có độ trễ ngắt thấp, thời gian chuyển đổi ngữ cảnh nhanh, và chi phí lập lịch thấp.

V. Ứng Dụng Hệ Thống Thời Gian Thực Từ Công Nghiệp Đến IoT

Ứng dụng hệ thống thời gian thực (Real-time system applications) rất đa dạng và trải rộng trên nhiều lĩnh vực. Trong công nghiệp, chúng được sử dụng để điều khiển robot, tự động hóa dây chuyền sản xuất và giám sát quá trình. Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, chúng được sử dụng trong hệ thống kiểm soát bay và điều khiển tên lửa. Trong lĩnh vực y tế, chúng được sử dụng trong thiết bị theo dõi bệnh nhân và hệ thống phẫu thuật robot. Gần đây, IoT thời gian thực (Real-time IoT) đang trở nên phổ biến, cho phép các thiết bị kết nối internet phản ứng nhanh chóng với các sự kiện trong thế giới thực.

5.1. Ứng Dụng Trong Công Nghiệp và Tự Động Hóa

Hệ thống thời gian thực đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp và tự động hóa. Chúng được sử dụng để điều khiển robot, tự động hóa dây chuyền sản xuất, và giám sát quá trình. Ví dụ, một robot hàn phải phản ứng nhanh chóng với các thay đổi trong môi trường để đảm bảo mối hàn chính xác. Hệ thống kiểm soát chất lượng phải phát hiện và loại bỏ các sản phẩm lỗi ngay lập tức để giảm thiểu lãng phí.

5.2. Hệ Thống Thời Gian Thực Trong Hàng Không Vũ Trụ

Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, hệ thống thời gian thực rất quan trọng. Chúng được sử dụng trong hệ thống kiểm soát bay, điều khiển tên lửa, và hệ thống định vị. Ví dụ, hệ thống kiểm soát bay phải phản ứng nhanh chóng với các thay đổi về thời tiết hoặc điều kiện giao thông để đảm bảo an toàn cho hành khách. Hệ thống điều khiển tên lửa phải điều chỉnh quỹ đạo bay một cách chính xác để đạt được mục tiêu.

5.3. Sự Phát Triển của IoT Thời Gian Thực Real time IoT

IoT thời gian thực đang trở nên phổ biến, cho phép các thiết bị kết nối internet phản ứng nhanh chóng với các sự kiện trong thế giới thực. Ví dụ, một hệ thống giám sát môi trường có thể sử dụng các cảm biến để phát hiện rò rỉ khí gas và cảnh báo cho người dân trong khu vực. Một hệ thống giao thông thông minh có thể điều chỉnh đèn tín hiệu giao thông để giảm thiểu ùn tắc.

VI. Phân Tích và Kiểm Thử Hệ Thống Thời Gian Thực Đảm Bảo Chất Lượng

Xác minh hệ thống thời gian thực (Real-time system verification) và kiểm thử hệ thống thời gian thực (Real-time system testing) là các bước quan trọng để đảm bảo rằng hệ thống hoạt động đúng cách và đáp ứng các yêu cầu thời gian. Các kỹ thuật phân tích tĩnh, phân tích động và mô phỏng có thể được sử dụng. Mục tiêu là phát hiện các lỗi và vi phạm thời gian trước khi hệ thống được triển khai.

6.1. Các Phương Pháp Phân Tích Hệ Thống Thời Gian Thực

Có nhiều phương pháp phân tích hệ thống thời gian thực, bao gồm phân tích tĩnh, phân tích động, và mô phỏng hệ thống thời gian thực (Real-time system simulation). Phân tích tĩnh sử dụng các kỹ thuật hình thức để chứng minh rằng hệ thống đáp ứng các yêu cầu thời gian. Phân tích động sử dụng các kỹ thuật thực thi để kiểm tra hệ thống trong quá trình chạy. Mô phỏng sử dụng các mô hình máy tính để mô phỏng hành vi của hệ thống.

6.2. Các Kỹ Thuật Kiểm Thử Hệ Thống Thời Gian Thực

Kiểm thử hệ thống thời gian thực đòi hỏi các kỹ thuật đặc biệt để đảm bảo rằng hệ thống đáp ứng các yêu cầu thời gian. Các kỹ thuật này bao gồm kiểm thử hiệu suất, kiểm thử tải, và kiểm thử độ trễ. Kiểm thử hiệu suất đo thời gian cần thiết để hệ thống thực hiện các tác vụ. Kiểm thử tải kiểm tra hệ thống dưới điều kiện tải cao. Kiểm thử độ trễ đo thời gian trễ giữa các sự kiện.

6.3. Vai Trò của Mô Phỏng Trong Kiểm Chứng Hệ Thống

Mô phỏng đóng vai trò quan trọng trong kiểm chứng hệ thống thời gian thực. Nó cho phép các nhà phát triển kiểm tra hệ thống trong một môi trường kiểm soát và phát hiện các lỗi tiềm ẩn trước khi hệ thống được triển khai. Mô phỏng có thể được sử dụng để mô phỏng các điều kiện tải khác nhau, các tình huống lỗi khác nhau, và các kịch bản thực tế khác nhau.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 giới thiệu hệ thống thời gian thực: khái niệm, phân loại, đặc trưng, ứng dụng và các vấn đề thời gian thực liên quan như hệ điều phần thời gian thực, cơ sở dữ (LUAN.10 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.10 13 liệu thời gian thực, truyền thông thời gian thực, ngôn ngữ lập trình thời gian thực, yêu cầu phần cứng cho một hệ thống thời gian thực. Tiếp theo, Chương 2 trình bày những vấn đề cơ bản của ngôn ngữ mô hình hoá hợp nhất UML gồm các ký hiệu, các đặc trưng, các mô hình. Trong Chương 3, sẽ giới thiệu tiến trình phát triển các phần mềm ROPES, một tiến trình được sử dụng khá hiệu quả để phát triển hệ thống thời gian thực sử dụng các ký hiệu UML, sẽ trình bày mô hình tiến trình, các pha, các hoạt động và các vật phẩm thu được trong từng pha. Chương 4 tìm hiểu hệ thống kiểm soát không lưu, tầm quan trọng, hoạt động và mô hình của một hệ thống kiểm soát không lưu, phân tích và thiết kế một hệ thống kiểm soát không lưu đơn giản sử dụng tiến trình phát triển ROPES.

Chắc chắn, luận văn còn có những thiếu sót trong nội dung cũng như trong trình bày. Tác giả của luận văn rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và của các anh/chị học viên.10 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.10 14 CHƢƠNG 1 - HỆ THỐNG THỜI GIAN THỰC 1. Hệ thống thời gian thực 1. Khái niệm Trong các tài liệu cũng như trong thực tế, khái niệm thời gian thực và hệ thống thời gian thực không phải lúc nào cũng được hiểu một cách thống nhất.

Nhiều người cho rằng, hệ thống thời gian thực là một hệ thống phải làm việc với yêu cầu thời gian rất nhanh (trong phạm vi một vài micro-giây gì đó), ví dụ các hệ thống điều khiển tay máy, điều khiển động cơ,. Không ít ý kiến cho rằng, khái niệm thời gian thực luôn gắn với các hệ nhúng và điều khiển thời gian thực là một vấn đề của riêng điều khiển nhúng, tức là các giải pháp sử dụng vi điều khiển,. Lại cũng có quan niệm cho rằng thời gian thực là thời gian tuyệt đối, hệ thống thời gian thực là một hệ thống có khả năng làm việc với thời gian tuyệt đối theo giờ-phút-giây của ngày tháng. Vậy chúng ta nên hiểu như thế nào đây? Một quan điểm được ủng hộ và trích dẫn nhiều nhất là của Stankovic [Sta96]: “Hệ thống thời gian thực là hệ thống mà tính đúng đắn của nó không chỉ phụ thuộc vào các kết quả logic nó tạo ra mà còn phụ thuộc vào thời điểm các kết quả đó được tạo ra”.

Như vậy, hệ thống thời gian thực là một hệ thống mà sự hoạt động tin cậy của nó không chỉ phụ thuộc vào sự chính xác của kết quả, mà còn phụ thuộc vào thời điểm đưa ra kết quả, hệ thống có lỗi khi yêu cầu về thời gian không được thoả mãn. Trong một bài báo nổi tiếng khác [Sta88], Stankovic cũng đã chỉ ra một số quan niệm sai lầm về khái niệm thời gian thực. Ví dụ, khái niệm hệ thống thời gian thực không đồng nghĩa với khái niệm hệ xử lý tốc độ cao, xử lý nhanh. Nếu ta cho rằng, phải là các ứng dụng điều khiển có yêu cầu thời gian tính toán rất nhanh mới gọi là điều khiển thời gian thực, thì một câu hỏi sẽ được đặt ra là: như thế nào mới được gọi là nhanh? Ta có thể thống nhất là, cỡ một vài micro-giây là rất nhanh, tuy nhiên nếu một vài chục micro-giây thì sao, một trăm micro-giây thì sao? Nếu một trăm micro- giây mới gọi là nhanh, thì 101, 102,.

có nhanh không? Các hệ thống điều khiển với chu kỳ trích mẫu 5ms, 6 ms, 7ms có được gọi là hệ thống thời gian thực hay không? (LUAN.10 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Phân loại Về cơ bản, chương trình có tính thời gian thực phải có khả năng phản ứng lại các sự kiện trong môi trường mà hệ thống làm việc trong khoảng thời gian nhất định cho trước. Những hệ thống như vậy được gọi là hệ thống "điều khiển sự kiện" và có thể được mô tả bằng thời gian trễ tính từ khi sự kiện xảy ra tới khi hệ thống có hoạt động phản ứng lại sự kiện đó. Thời gian thực, mặt khác, đòi hỏi một giới hạn cao hơn về thời gian trễ, được gọi là "thời hạn lập lịch" (scheduling deadline) hoặc gọi tắt là thời hạn.

Hệ thống thời gian thực thường được phân thành hai loại: hệ thống thời gian thực cứng (hard real-time system) và hệ thống thời gian thực mềm (soft real- time system). Hệ thống thời gian thực cứng là hệ thống mà các hành động của nó phải không bao giờ được vi phạm các ràng buộc thời gian trong đó có thời hạn lập lịch, hệ thống phải tiếp nhận và nắm bắt được thời hạn lập lịch của nó tại mọi thời điểm. Hệ thống có lỗi hoặc sai sót trong việc tiếp nhận thời hạn sẽ gây ra các hậu quả rất nghiêm trọng, thiệt hại về vật chất, gây ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ, đời sống của con người, thậm chí chết người. Với hệ thống thời gian thực cứng, dữ liệu trễ là dữ liệu tồi.

Một ví dụ về hệ thống thời gian thực cứng là hệ thống kiểm soát không lưu. Trong hệ thống này, một phân phối đường bay, thời gian cất cánh, thời gian hạ cánh không hợp lý, không đúng lúc có thể gây ra tai nạn máy bay mà hậu quả của nó khó mà lường trước được. Một ví dụ khác, máy hỗ trợ nhịp tim cho bệnh nhân khi phẫu thuật. Thuật toán điều khiển phụ thuộc vào thời gian nhịp tim của người bệnh, nếu thời gian này bị trễ, tính mạng của người bệnh sẽ bị ảnh hưởng.

Ngược lại, hệ thống thời gian thực mềm là hệ thống có các ràng buộc về thời gian, tuy nhiên, trong trường hợp các ràng buộc này bị vi phạm, tức là thời gian trả lời của hệ thống vượt quá thời hạn đặt ra, hệ thống vẫn hoạt động được tiếp và kết quả nó tạo ra bị giảm ―giá trị‖ theo một nghĩa nào đó. Nói cách khác, những kết quả tạo ra không đúng hạn tuy không hữu ích/không làm hài lòng người sử dụng bằng khi nó được tạo ra đúng hạn nhưng vẫn được chấp nhận. Chúng ta mong muốn hệ thống phản ứng lại các sự kiện trong thời gian cho phép nhưng không có gì thực sự nghiêm trọng xảy ra nếu hệ thống thỉnh thoảng bị trễ. Lỗi về mặt thời gian có thể chỉ đơn giản là dẫn đến hậu quả giảm độ tin cậy của đối tượng đối với hệ thống mà không có hậu quả thê thảm nào khác xảy ra.

Mạng lưới thu ngân tự động của ngân hàng là ví dụ rõ nhất cho hệ thống thời gian thực mềm. Mạng rút tiền tự động ATM là hệ thống thời gian thực? Chẳng ai dám đánh cược cả. Khi bạn đưa thẻ ATM vào máy, bạn mong là máy sẽ phản (LUAN.10 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.10 16 ứng lại trong vòng 1 hay 2 giây. Nhưng nếu nó lâu hơn thế, điều tồi tệ nhất có thể xảy ra là bạn sốt ruột và thấy khó chịu vì cái máy đó.

Giá trị cứng mềm Thời gian - + Thời hạn lập lịch Hình 1. Hệ thống thời gian thực cứng và mềm Trên thực tế có rất nhiều hệ thống phối hợp cả hai loại trên, trong đó, một phần nào đó của hệ thống làm việc dựa trên hệ thống thời gian thực cứng, một số phần khác lại dựa trên hệ thống thời gian thực mềm. Ta có thể quan niệm hệ thống thời gian thực cứng là hệ thống phải thỏa mãn các ràng buộc cứng về thời gian - ràng buộc thời gian không được phép vi phạm. Tương tự, hệ thống thời gian thực mềm là hệ thống phải thỏa các ràng buộc mềm về thời gian - ràng buộc thời gian được phép vi phạm, nhưng các vi phạm sẽ làm giảm giá trị của kết quả.

Một hệ thống có thể có cả các ràng buộc cứng lẫn ràng buộc mềm về thời gian. Phi thời Thời gian Thời gian gian thực thực mềm thực cứng Mô phỏng Giao diện Internet Điều khiển Viễn Điều Động cơ máy tính người sử dụng video mạch thông khiển bay điện Hình 1. Hệ thống phi thời gian thực, hệ thống thời gian thực cứng và hệ thống thời gian thực mềm.10 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Đặc trƣng Đặc trưng đầu tiên của hệ thống thời gian thực là ràng buộc thời gian (timing constraint) hay tính phản ứng nhanh.

Hệ thống phải xử lý thông tin một cách nhanh chóng để có thể đưa ra kết quả một cách kịp thời. Một chương trình không những phải đưa ra kết quả tính toán đúng mà còn phải đưa ra kết quả đúng thời gian. Hay nói một cách khác, tính đúng đắn của một chương trình không chỉ phụ thuộc vào kết quả tính toán logic mà còn phụ thuộc vào thời gian mà kết quả này được sinh ra. Tổng quát hơn, phần mềm thời gian thực phải thỏa mãn các khẳng định (assertion) thời gian, khẳng định này bao gồm cả quan hệ đối với thời gian tuyệt đối và thời gian tương đối.

Cách xác nhận đơn giản nhất và phổ biến nhất là một mốc tới hạn (thời hạn) - giới hạn về thời gian tương đối hoặc tuyệt đối mà một tính toán phải hoàn thành. Ví dụ, trong hệ thống điều khiển robot, có thể có một thời hạn hoặc một giới hạn giữa thời gian một robot đang di chuyển cảm thấy một vật cản trên đường đi và thời gian actuator, chẳng hạn bộ điều khiển chuyển hướng, được kích hoạt để di chuyển robot theo hướng an toàn hơn. Đặc trưng thứ hai của hệ thống thời gian thực là tính đồng thời (concurrency). Hệ thống phải có khả năng phản ứng và xử lý đồng thời nhiều sự kiện diễn ra.

Có thể, cùng một lúc một bộ điều khiển được yêu cầu thực hiện nhiều vòng điều chỉnh, giám sát ngưỡng giá trị nhiều đầu vào, cảnh giới trạng thái làm việc của một số động cơ. Đa số các hệ thống thời gian thực thực hiện một hoặc một tập nhỏ các nhiệm vụ mức cao. Sự thực thi các nhiệm vụ mức cao này yêu cầu đồng thời nhiều hoạt động mức thấp hơn. Và đây được gọi là tính đồng thời, các hệ thống máy tính sử dụng tính đồng thời để cải thiện thực thi và điều này hoàn toàn có thể thực hiện được trong cả các hệ thống đơn và đa bộ xử lý.

Các hệ thống gồm một bộ xử lý chỉ có thể thực hiện được một công việc tại một thời điểm, chúng thực hiện chiến lược lập lịch để điều khiển khi các nhiệm vụ thực thi.