PDF de programación - Esquemas de tareas de tiempo real

ditdit

UPM

Esquemas de tareas de

tiempo real

Juan Antonio de la Puente

DIT/UPM

Objetivos

 Reconocer un conjunto de esquemas básicos para

construir sistemas de tiempo real
– Tareas periódicas
– Tareas esporádicas
– Recursos compartidos
– Sincronización

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 Veremos esquemas basados en UML

– También algunos esquemas más generales

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Esquemas de tareas de tiempo real

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Realización de un componente
de tiempo real

component

THREAD

OBCS

OPCS

RI

PI

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 OBCS : object control structure → objeto protegido
 THREAD → tarea
 OPCS : operation control structure → objeto pasivo

Un componente puede tener sólo algunos de estos elementos

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Esquemas de tareas de tiempo real

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Componente cíclico

C

Name

period = …
deadline = …

Name

thread

OPCS

periodic_activity

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Componente cíclico: realización

with Ada.Real_Time; use Ada.Real_Time;
with System; use System;
package Name is
Start_Time : Time := ... ;
Period : Time_Span := ... ;
Thread_Priority : Priority := ... ;
pragma Elaborate_Body (Name);
end Name;

 No hay operaciones visibles

– Elaborate_Body indica que el

paquete tiene cuerpo

 Atributos temporales

– Start_Time
– Period
– Thread_Priority

 No se detecta si se excede el plazo
de ejecución o el tiempo de cómputo

with Ada.Real_Time; use Ada.Real_Time;
-- other context clauses
package body Name is
task Thread is
pragma Priority (Thread_Priority);
end Thread;
task body Thread is
Next_Time : Time := Start_Time ;
begin
-- thread initialization
loop
delay until Next_Time;
OPCS.Periodic_Activity;
Next_Time := Next_Time + Period;
end loop;
end Thread;
begin
-- package initialization
end Name;

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Componente esporádico

S

Name

period = …
deadline = …

«start» Start

Name

thread

OBCS

start

OPCS

sporadic_activity

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Componente esporádico: realización

with System; use System;
package Name is
Thread_Priority : Priority := ... ;
procedure Start;
end Name;

 La única operación visible es la

operación de arranque (Start)

 El OBCS se realiza con un objeto de

suspensión

 No se vigila el cumplimiento de la
separación mínima entre sucesos

 No se detecta si se excede el plazo
de ejecución o el tiempo de cómputo

with Ada.Synchronous_Task_Control;
use Ada.Synchronous_Task_Control;
-- other context clauses
package body Name is
task Thread is
pragma Priority (Thread_Priority);
end Thread;
Control : Suspension_Object;
task body Thread is
begin
-- thread initialization
loop
Suspend_Until_True(Control);
OPCS.Sporadic_Activity;
end loop;
end Thread;
procedure Start is
begin
Set_True (Control);
end Start;
begin
-- package initialization
end Name;

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Componente esporádico:

Sincronización con objeto protegido (1)

with System; use System;
package Name is
Thread_Priority : Priority := ... ;
Control_Priority: Priority := ... ;
procedure Start;

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private
protected OBCS is
pragma Priority (Control_Priority);
procedure Start;
entry Wait;
private
Started : Boolean := False;
end OBCS;
procedure Start
renames OBCS.Start;
end Name;

 El objeto de sincronización se sustituye por un objeto protegido
 Funcionalmente es equivalente, aunque menos eficiente
 Es fácil de extender para tener en cuenta la separación mínima entre sucesos
 Permite poner parámetros en las operaciones

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Esquemas de tareas de tiempo real

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Componente esporádico:

Sincronización con objeto protegido (2)

with System; use System;
package body Name is
task Thread is
pragma Priority (Thread_Priority);
end Thread;
task body Thread is
begin
-- thread initialization
loop
OBCS.Wait;
OPVS.Sporadic_Activity;
end loop;
end Thread;

protected body OBCS is
procedure Start is
begin
Started := True;
end Start;
entry Wait when Started is
begin
Started := False;
end Wait;
end OBCS;
begin
-- package initialization
end Name;

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Componente esporádico:
Separación mínima (1)

with Ada.Real_Time; use Ada.Real_Time;
with System; use System;
package Name is
Separation : Time_Span := ... ;
Thread_Priority : Priority := ... ;
Control_Priority: Priority := ... ;
procedure Start;

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private
protected OBCS is
pragma Priority (Control_Priority);
procedure Start;
entry Wait(Start_Time : out Time);
private
Started : Boolean := False;
Event_Time : Time;
end OBCS;
procedure Start
renames OBCS.Start;
end Name;

 El objeto OBCS registra el tiempo en que se hace Start

(no es necesariamente el mismo en que se ejecuta la acción esporádica)

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Esquemas de tareas de tiempo real

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Componente esporádico:
Separación mínima (2)

with Ada.Real_Time; use Ada.Real_Time;
with System; use System;
package body Name is
task Thread is
pragma Priority (Thread_Priority);
end Thread;
task body Thread is
Start_Time : Time;
begin
-- thread initialization
loop
OBCS.Wait (Start_Time);
OPCS.Sporadic_Activity;
delay until
Start_Time + Separation;
end loop;
end Thread;

protected body OBCS is
procedure Start is
begin
Started := True;
Event_Time := Ada.Real_Time.Clock;
end Start;
entry Wait
(Start_Time : out Time)
when Started is
begin
Started := False;
end Wait;
end OBCS;
begin
-- package initialization
end Name;

Start_Time := Event_Time;

 Inconveniente: dos cambios de contexto

– si se está seguro de la separación mínima es mejor el esquema anterior

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Componente protegido

Pr

Name

«paer» op1
«pser» op2
…

op1

op2

Name

OBCS

{procedure | function}

{entry}

OPCS

op1_code
op2_code

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Componente protegido: realización (1)

with System; use System;
package Name is

Ceiling_Priority : Priority

:= ... ;

procedure op1 (…);
procedure op2 (…);
…

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private

protected OBCS is
pragma Priority(Ceiling_Priority);
procedure op1 (…);
entry op2 (…);
private
…
end OBCS;
procedure op1 renames OBCS.op1;
procedure op2 renames OBCS.op2;
end Name;

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 Las operaciones visibles son las especificadas en UML

 pser : síncronas (entradas)
 paser : asíncronas (procedimientos y funciones)

 Atributos temporales

– Ceiling_Priority

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Esquemas de tareas de tiempo real

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Componente protegido: realización (2)

 Las operaciones síncronas se

implementan como entradas

package body Name is

protected body OBCS is

 Las operaciones asíncronas

corresponden a procedimientos
y funciones

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procedure op1 (…) is
…
begin
OPCS.op1_code;
end op1;

entry op2 when … is
…
begin
OPCS.op2_code;
end op2;

end OBCS;

begin
-- package initialization
end Name;

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Esquemas de tareas de tiempo real

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Componente pasivo

Name

Pa

op1
op2
…

 No es un objeto de tiempo real
 Se implementa mediante un

paquete de Ada, sin más

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Componente pasivo: realización

package Name is

procedure op1 (…);
procedure op2 (…);
…
-- otros procedimientos o funciones

end Name;

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package body Name is
procedure op1 (…) is
…
begin
…
end op1;
procedure op2 is
…
begin
…
end op2;
begin
-- package initialization
end Name;

 Las operaciones visibles son las especificadas en UML

 son todas asíncronas (no bloquean a la tarea que llama)

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Esquemas de tareas de tiempo real

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Ejemplo: control de una bomba de agua

operador

arranca/para

bomba

motor

Sistema

de

control

nivel alto
nivel bajo

arqueta

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Arquitectura lógica

mine control system

check safe

pump controller

environment_monitor

commands

alarms

log ops

operator console

data_logger

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Pump_controller

check_safe

Pr

Motor

C
Water_flow_sensor

alarms

log_ops

S

HLW_Handler

start

Pr

<<interrupt handler>>
HLW_Controller

hlw_interrupt_handlers

commands

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