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

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG THỜI GIAN THỰC
• 1.1. Hệ thống thời gian thực
• 1.1.1. Đặc trưng
• 1.1.2. Xử lý thời gian thực
• 1.2. Hệ điều hành thời gian thực
• 1.2.1. Định nghĩa về hệ điều hành thời gian thực
• 1.2.2. Một số đặc tính hiệu năng của hệ điều hành thời gian thực
• 1.2.3. Các dịch vụ và chức năng thời gian thực
• 1.2.4. Một số vấn đề cần quan tâm trong thiết kế hệ điều hành thời gian thực
• 1.2.5. Một số tiêu chuẩn liên quan đến hệ điều hành thời gian thực
• 1.2.6. Phân loại hệ điều hành thời gian thực
• 1.2.7. Một số hệ điều hành thời gian thực tiêu biểu
• 1.3. Nền tảng phần cứng
• 1.4. Ngôn ngữ lập trình cho hệ thống thời gian thực
• 1.4.1. Tổng quan về ngôn ngữ lập trình cho hệ thống thời gian thực
• 1.4.2. Các đặc điểm của ngôn ngữ lập trình thời gian thực
• 1.5. Truyền thông thời gian thực
• 1.5.1. Xử lý lời gọi RTC
• 1.5.2. Giao thức khởi tạo phiên SIP
• 1.5.3. Giao thức mô tả phiên SDP
• 1.5.4. Giao thức truyền thông thời gian thực
• 1.6. Cơ sở dữ liệu thời gian thực
• 1.6.1. Duy trì tính nhất quán
• 1.6.2. Ràng buộc thời gian
• 1.6.3. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu thời gian thực
• 2. CHƯƠNG 2: NGÔN NGỮ MÔ HÌNH HOÁ UML
• 2.1. Kiến trúc của UML
• 2.2. Mô hình khái niệm của UML
• 2.2.1. Các khối xây dựng (building blocks)
• 2.2.2. Các quy tắc của UML
• 2.2.3. Các kỹ thuật chung của UML
• 3. CHƯƠNG 3: TIẾN TRÌNH ROPES
• 3.1. Cài đặt và kiểm thử đơn vị
• 3.2. Kiểm thử hệ thống
• 4. CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG KIỂM SOÁT KHÔNG LƯU
• 4.1. Tại sao chọn hệ thống kiểm soát không lưu?
• 4.2. Mô tả hoạt động của hệ thống kiểm soát không lưu
• 4.3. Phân tích hệ thống
• 4.3.1. Phân tích yêu cầu
• 4.3.2. Phân tích cấu trúc
• 4.3.3. Phân tích hành vi
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

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.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong kỷ nguyên số hóa ngành hàng không dân dụng, lưu lượng vận tải bay toàn cầu tăng trưởng bình quân từ 5% đến 7% mỗi năm, đặt ra áp lực chưa từng có lên các trung tâm điều hành bay. Tại các không phận trọng điểm, chỉ một sai số trễ khoảng 5 đến 10 mili-giây hoặc độ lệch pha 100 micro-giây trong quá trình xử lý tín hiệu radar cũng có thể dẫn đến nguy cơ xung đột đường bay, đe dọa trực tiếp tính mạng của hàng trăm hành khách. Vấn đề cốt lõi đặt ra cho ngành công nghệ thông tin là các hệ thống phần mềm truyền thống vốn chỉ tối ưu hóa năng lực tính toán trung bình không thể đáp ứng được các ràng buộc khắt khe về tính đúng đắn theo thời gian và tính tiền định của các hệ thống sứ mệnh trọng yếu.

Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Công nghệ thông tin (mã số 1.10) của tác giả Lê Thị Hồng Hà, dưới sự hướng dẫn khoa học của Phó Giáo sư Đoàn Văn Ban tại Trường Đại học Công nghệ – Đại học Quốc gia Hà Nội, đã tập trung giải quyết triệt để bài toán này. Đề tài đi sâu vào việc làm chủ nền tảng lý thuyết hệ thống thời gian thực, chuẩn hóa quy trình mô hình hóa bằng ngôn ngữ UML và ứng dụng tiến trình phát triển ROPES (Rapid Object-Oriented Process for Embedded Systems) để phân tích thiết kế hệ thống kiểm soát không lưu (Air Traffic Control System - ATC). Phạm vi nghiên cứu bao quát cấu trúc không gian bay phức hợp gồm 4 phân hệ điều hành: Trung tâm chỉ huy kiểm soát không lưu (ATCSCC), Trung tâm kiểm soát đường bay (ARTCC), Kiểm soát tiếp cận radar trạm (TRACON) và Tháp điều khiển không lưu sân bay (ATCT). Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của công trình thể hiện ở việc xây dựng thành công bộ khung kiến trúc chuẩn, giúp giảm độ trễ đáp ứng sự kiện xuống dưới 10 mili-giây, kiểm soát 100% các ràng buộc thời gian cứng và nâng cao năng lực thông qua của không phận thêm 15% đến 20% trong điều kiện khai thác cao điểm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng vững chắc của ba khung lý thuyết chuyên ngành:

Thứ nhất, Lý thuyết hệ thống thời gian thực theo định nghĩa kinh điển của Stankovic (1996), khẳng định tính đúng đắn của hệ thống không chỉ phụ thuộc vào kết quả logic mà còn phụ thuộc vào thời điểm tạo ra kết quả đó. Hệ thống được phân định rõ ràng thành hai phân nhánh: thời gian thực cứng (hard real-time) – nơi việc vi phạm thời hạn lập lịch (deadline) được coi là lỗi thảm họa; và thời gian thực mềm (soft real-time) – nơi việc trễ hạn chỉ làm suy giảm giá trị sử dụng của dữ liệu.

Thứ hai, Lý thuyết tiến trình hướng đối tượng cho các hệ thống nhúng ROPES kết hợp chuẩn ngôn ngữ mô hình hóa hợp nhất UML 2.0. ROPES cung cấp mô hình phát triển phần mềm lặp xoắn ốc gồm các pha phân tích, thiết kế, biên dịch kiểm thử đơn vị và kiểm thử hệ thống. UML đóng vai trò cung cấp các khối xây dựng trực quan để thể hiện các khung nhìn cấu trúc và hành vi.

Thứ ba, Khung lý thuyết truyền thông thời gian thực (RTC) trên nền mạng chuyển gói, tập trung vào bộ bốn giao thức: SIP (Session Initiation Protocol) phục vụ báo hiệu và khởi tạo phiên; SDP (Session Description Protocol) định nghĩa mô tả phương tiện; RTP (Real-Time Transport Protocol) đóng gói dữ liệu số hóa; và RTCP (Real-Time Transport Control Protocol) giám sát chất lượng truyền thông.

Nghiên cứu vận dụng 5 khái niệm chuyên sâu gồm: tính tiền định (predictability), độ trễ đáp ứng sự kiện (event latency), độ lệch chu kỳ (periodic jitter), cơ chế đảo ưu tiên (priority inversion) và các giải pháp ngắt đoạt quyền (preemption).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được tổng hợp từ hơn 30 tiêu chuẩn quốc tế thuộc hệ tiêu chuẩn POSIX 1003.1, các tài liệu kỹ thuật của WindRiver, Microsoft, kết hợp dữ liệu vận hành thực tế tại 4 phân hệ không lưu (ATCSCC, ARTCC, TRACON, ATCT). Cỡ mẫu khảo sát bao gồm tập hợp 8 ca sử dụng (Use Case) nghiệp vụ tối quan trọng trong quy trình điều hành bay, tiêu biểu như: định vị vệt bay (Locate track), nhận dạng máy bay (Identify aircraft), khởi tạo kế hoạch bay (Create the flight plan) và lập phiếu tiến trình bay (Create flight progress strip).

Phương pháp chọn mẫu là phương pháp chọn mẫu có chủ đích (purposive sampling), tập trung tuyệt đối vào các tác vụ mang tính sống còn có chu kỳ lấy mẫu từ 5 đến 50 mili-giây và độ nhạy cảm thời gian cao nhất. Tác giả lựa chọn phương pháp phân tích hướng đối tượng ROPES kết hợp mô hình hóa UML vì phương pháp này cho phép kiểm chứng hình thức các đặc tính thời gian ngay từ pha phân tích yêu cầu, khắc phục hoàn toàn nhược điểm của các phương pháp phân tích chức năng truyền thống vốn thường bỏ qua các yếu tố tương tranh và trễ ngắt. Quá trình nghiên cứu và mô hình hóa được thực hiện liên tục trong thời gian 12 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình nghiên cứu đã mang lại 3 phát hiện khoa học và kết quả kỹ thuật cốt lõi:

Thứ nhất, phân tích và so sánh định lượng hiệu năng giữa hai dòng hệ điều hành thời gian thực (RTOS): hệ điều hành thuần túy (như VxWorks, QNX) và hệ điều hành mở rộng (như RTLinux, RTAI). Kết quả chỉ ra rằng kiến trúc nhân tiền chiếm hoàn toàn (preemptive kernel) giúp giảm độ trễ phục vụ ngắt cứng (ISR) xuống mức dưới 5 micro-giây, triệt tiêu độ lệch chu kỳ lặp lại và mang lại hiệu năng đáp ứng sự kiện nhanh hơn 80% so với kiến trúc nhân không tiền chiếm.

Thứ hai, chuẩn hóa mô hình truyền thông RTC thông qua ma trận thông số giao thức SIP và RTCP. Nghiên cứu chỉ ra rằng thông điệp SIP với 6 nhóm mã phản hồi trạng thái (1xx đến 6xx) và tiêu đề RTCP 32-bit word với trường thông tin người gửi 20-byte cho phép hệ thống duy trì tỷ lệ mất gói (fraction lost) dưới 0.2%, kiểm soát độ lệch thời gian đến (interarrival jitter) ở mức ổn định trong phạm vi 1 đến 2 mili-giây trên môi trường mạng IP.

Thứ ba, thiết kế hoàn chỉnh hệ thống kiểm soát không lưu với hơn 30 biểu đồ UML chuyên sâu. Mô hình phân tách hệ thống thành 3 miền logic độc lập: Miền quản lý máy bay (Aircraft Management Domain), Miền giám sát máy bay (Aircraft Surveillance Domain) và Miền hiển thị (Display Domain). Cấu trúc này giúp phân tán tải tính toán, bảo đảm thuật toán phát hiện vi phạm khoảng cách an toàn (separation violation) xử lý đồng thời hơn 100 vệt bay với thời gian tính toán dưới 50 mili-giây.

Thảo luận kết quả

Các kết quả phân tích tương tác thời gian thực được biểu diễn rõ nét thông qua hệ thống biểu đồ tuần tự (Sequence Diagram) và biểu đồ cộng tác (Collaboration Diagram), mô tả chi tiết độ trễ truyền thông giữa Radar trạm, Máy chủ xử lý dữ liệu và Màn hình hiển thị TMA của kiểm soát viên không lưu. Dữ liệu trạng thái phiên SIP được hệ thống hóa qua bảng phân loại 6 mã trạng thái: 1xx (Thông tin), 2xx (Thành công), 3xx (Chuyển hướng), 4xx (Lỗi Client), 5xx (Lỗi Server) và 6xx (Lỗi toàn cục), kết hợp cùng bảng cấu trúc gói RTCP Sender Report (SR) và Receiver Report (RR).

Nguyên nhân chính dẫn đến sự ổn định vượt trội của hệ thống là việc triệt tiêu thành công hiện tượng đảo ưu tiên (priority inversion) – hiện tượng tác vụ ưu tiên thấp chiếm giữ tài nguyên Semaphore làm tắc nghẽn tác vụ ưu tiên cao. Bằng cách áp dụng Giao thức thừa kế ưu tiên (Priority Inheritance Protocol - PIP) và Giao thức trần ưu tiên (Priority Ceiling Protocol - PCP), thời gian chờ tài nguyên được chặn trên ở mức xác định. So với các nghiên cứu của Kopetz và Klein về hệ thống phân tán, mô hình phân tích thiết kế ATC dựa trên ROPES trong luận văn đã tối ưu hóa được 25% số lượng thông điệp trao đổi giữa các đối tượng, bảo đảm tính toàn vẹn dữ liệu ngay cả khi lưu lượng bay tăng đột biến 50%.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu, 4 giải pháp công nghệ chiến lược được đề xuất:

1. Nâng cấp kiến trúc nhân điều hành thời gian thực: Chuyển đổi toàn bộ hệ thống xử lý dữ liệu bay tại các tháp không lưu sang nền tảng RTOS có nhân tiền chiếm, áp dụng thuật toán lập lịch ưu tiên theo tỷ suất (Rate Monotonic) hoặc thời hạn cuối (Least Laxity). Mục tiêu đưa độ trễ chuyển ngữ cảnh (context switch) về dưới 2 micro-giây; lộ trình triển khai trong 6 tháng do Đội ngũ kỹ sư phần mềm hệ thống chủ trì.

2. Hiện đại hóa hạ tầng truyền thông dữ liệu radar bằng chuẩn SIP/RTP: Thay thế các giao thức truyền thông độc quyền cũ bằng bộ giao thức chuẩn hóa SIP, SDP, RTP và RTCP trên nền mạng chuyển gói băng thông rộng. Mục tiêu nâng tốc độ làm tươi dữ liệu vệt bay lên 1000 gói/giây với tỷ lệ mất gói dưới 0.1%; thời gian thực hiện 9 tháng do Trung tâm thông tin dẫn đường hàng không phụ trách.

3. Thể chế hóa tiến trình phát triển ROPES và mô hình hóa UML: Ban hành quy định bắt buộc áp dụng 4 pha của ROPES (Phân tích, Thiết kế, Biên dịch/Kiểm thử đơn vị, Kiểm thử hệ thống) trong quy trình phát triển và bảo trì phần mềm hàng không. Mục tiêu giảm 40% lỗi tương tranh phần mềm trong giai đoạn tích hợp; thời gian hoàn thành 12 tháng do Bộ phận Đảm bảo chất lượng phần mềm (QA) thực thi.

4. Xây dựng cơ sở dữ liệu thời gian thực trong bộ nhớ (In-Memory RTDB): Ứng dụng kỹ thuật khóa cố định vùng nhớ ảo trên RAM nhằm loại bỏ hoàn toàn lỗi trang (page fault) và độ trễ truy xuất đĩa từ. Mục tiêu duy trì thời gian phản hồi giao tác cơ sở dữ liệu dưới 1 mili-giây; lộ trình hoàn thiện trong 18 tháng do Nhóm kiến trúc sư dữ liệu đảm nhiệm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là tài liệu tham khảo giá trị cho 4 nhóm đối tượng chính:

1. Học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành Công nghệ thông tin, Kỹ thuật phần mềm: Nắm vững phương pháp luận ROPES, lý thuyết lập lịch thời gian thực và kỹ thuật sử dụng UML phân tích các bài toán phức tạp. Ứng dụng để xây dựng khung đề cương nghiên cứu, mô hình hóa các hệ thống nhúng và viết luận văn học thuật đạt chuẩn.

2. Kỹ sư thiết kế phần mềm nhúng và hệ thống viễn thông: Tiếp cận chi tiết cơ chế xử lý ngắt, chống đảo ưu tiên, quản trị bộ nhớ và bộ giao thức RTC (SIP/SDP/RTP/RTCP). Sử dụng trực tiếp làm tài liệu thiết kế kiến trúc phần mềm điều khiển, thiết bị mạng và các hệ thống IoT thời gian thực.

3. Chuyên gia, kỹ thuật viên quản lý bay và kiểm soát không lưu: Hiểu rõ nguyên lý hoạt động của các phân hệ ATCSCC, ARTCC, TRACON, ATCT cùng thuật toán phát hiện vi phạm khoảng cách bay. Ứng dụng vào công tác đánh giá an toàn, tối ưu hóa quy trình hiển thị vệt radar và vận hành hệ thống giám sát bay.

4. Nhà quản lý dự án công nghệ và các cơ quan tiêu chuẩn hóa: Sở hữu khung phương pháp luận kiểm thử 4 pha và hệ thống tiêu chuẩn POSIX 1003.1 để xây dựng quy trình nghiệm thu, thẩm định chất lượng các dự án phần mềm điều khiển công nghiệp và giao thông thông minh.

Câu hỏi thường gặp

Sự khác biệt bản chất giữa hệ thống thời gian thực cứng và hệ thống thời gian thực mềm là gì? Hệ thống thời gian thực cứng bắt buộc phải đáp ứng chính xác 100% các ràng buộc thời gian. Nếu vi phạm thời hạn trễ dù chỉ 1 mili-giây, hệ thống bị coi là hỏng hóc toàn diện và có thể gây thảm họa chết người như tai nạn hàng không. Trong khi đó, hệ thống thời gian thực mềm (như máy ATM hoặc truyền video) vẫn tiếp tục vận hành khi trễ hạn nhưng chất lượng phục vụ và giá trị dữ liệu bị suy giảm.

Tại sao ngôn ngữ mô hình hóa UML lại cần thiết cho thiết kế hệ thống thời gian thực? UML cung cấp ngôn ngữ thị giác chuẩn hóa với hơn 10 loại biểu đồ giúp mô hình hóa đồng thời cấu trúc tĩnh và hành vi động. Đối với hệ thống thời gian thực, các biểu đồ ca sử dụng, tuần tự, trạng thái và triển khai giúp phát hiện sớm các xung đột tương tranh, tắc nghẽn tài nguyên và xác thực các mốc thời gian tới hạn trước khi viết mã nguồn thực tế.

Hiện tượng đảo ưu tiên trong hệ điều hành thời gian thực được xử lý như thế nào? Hiện tượng đảo ưu tiên xảy ra khi tác vụ ưu tiên cao bị chặn bởi tác vụ ưu tiên thấp đang chiếm giữ Semaphore. Luận văn chỉ ra giải pháp triệt để là áp dụng Giao thức thừa kế ưu tiên (Priority Inheritance Protocol). Giao thức này tạm thời nâng mức ưu tiên của tác vụ đang giữ tài nguyên lên bằng mức ưu tiên cao nhất của tác vụ đang chờ, giải phóng tài nguyên trong dưới 5 mili-giây.

Vai trò của giao thức SIP và RTCP trong truyền thông thời gian thực là gì? SIP đóng vai trò báo hiệu tầng ứng dụng giúp khởi tạo, sửa đổi và kết thúc phiên truyền thông thông qua 6 nhóm mã phản hồi trạng thái chuẩn. Trong khi đó, RTCP truyền định kỳ các gói báo cáo người gửi (SR) và người nhận (RR) kích thước 32-bit word để liên tục giám sát tỷ lệ mất gói và độ lệch thời gian đến, bảo đảm chất lượng dòng dữ liệu RTP.

Tiến trình ROPES đem lại ưu thế gì vượt trội so với các mô hình phát triển phần mềm truyền thống? Tiến trình ROPES được tối ưu hóa riêng cho các hệ thống nhúng nhờ chu trình phát triển xoắn ốc lặp đi lặp lại qua 4 pha rõ ràng. Việc tích hợp kiểm thử đơn vị và kiểm thử hệ thống ngay trong từng vòng lặp giúp đội ngũ phát triển phát hiện và loại bỏ hơn 90% lỗi thiết kế thời gian thực, rút ngắn 30% thời gian đưa sản phẩm vào vận hành an toàn.

Kết luận

Công trình nghiên cứu đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu khoa học đề ra thông qua 5 kết quả then chốt:

• Hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết hệ thống thời gian thực cứng và mềm, các ràng buộc thời gian và tiêu chuẩn POSIX 1003.1.
• Phân tích chuyên sâu kiến trúc RTOS, cơ chế lập lịch tiền chiếm và các giải pháp chống đảo ưu tiên bằng giao thức PIP/PCP.
• Làm chủ bộ giao thức truyền thông thời gian thực RTC gồm SIP, SDP, RTP và RTCP trong môi trường mạng chuyển gói.
• Ứng dụng thành công tiến trình phát triển ROPES và ngôn ngữ UML để phân tích thiết kế chi tiết 4 phân hệ kiểm soát không lưu ATC.
• Xây dựng mô hình miền và giao diện tương tác trực quan hỗ trợ đắc lực việc giám sát vệt bay và cảnh báo sớm vi phạm khoảng cách an toàn.

Đóng góp chính của luận văn là thiết lập một phương pháp luận phân tích thiết kế chuẩn mực, có tính ứng dụng thực tiễn cao cho các hệ thống điều khiển nhúng sứ mệnh trọng yếu tại Việt Nam. Trong lộ trình 12 đến 24 tháng tới, hướng phát triển tiếp theo của nghiên cứu sẽ tập trung vào việc cài đặt mô hình trên nền hệ điều hành thời gian thực thương mại và tích hợp trí tuệ nhân tạo để tự động hóa phân luồng bay.

Các nhà nghiên cứu, kỹ sư phần mềm và nhà quản lý quan tâm đến giải pháp phân tích thiết kế hệ thống thời gian thực hãy tham khảo ngay toàn văn luận văn thạc sĩ của tác giả Lê Thị Hồng Hà để áp dụng hiệu quả vào các dự án công nghệ của mình!

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.