Статья посвящена автоматизированным системам управления реального времени, их аппаратным и программным средствам.
Ключевые слова: автоматизированные системы управления, системы реального времени, аппаратные средства, программные средства
Каждая информационная система характеризуется некоторым набором величин, значения которых характеризуют эффективность ее работы. Этой величиной может быть, например, время реакции системы на внешнее воздействие, длительность выполнения процесса или момент перехода системы в определенное состояние. Все эти величины являются временными характеристиками. Тогда, когда для этих величин заданы жесткие ограничения на то, какие значения они могут принимать (наименьшее и наибольшее значения), информационная система становится системой реального времени. Выход временной характеристики за границы является отказом системы. Однако для этой системы должна выполняться еще одно условие — она должна быть автоматизированной, то есть работать при участии человека (оператора) в качестве звена общей цепи управления объектом.
Автоматизированные системы управления реального времени решают объемный перечень задач, основными из которых являются следующие:
1) Сбор данных о состоянии и поведении управляемого объекта;
2) Преобразование, сохранение, передача и отображение этих данных;
3) Анализ данных и принятие решений;
4) Выдача управляющих воздействий на объект.
Системы реального времени можно классифицировать по двум параметрам:
1) По возможности выхода временной характеристики за границы:
– Системы жесткого реального времени, в которых невозможен выход временной характеристики за установленные границы;
– Системы мягкого реального времени, в которых иногда временная характеристика может выходить за установленные границы;
2) По типу:
– Автоматизированные системы управления технологическими процессами, например, система управления конвейером завода;
– Автоматизированные системы научных исследований и комплексных испытаний, например, система вибрационных испытаний компонентов ракетной техники;
– Встроенные системы управления, которые используются для управления работой несложных объектов, например, мобильными телефонами, микроволновыми печами или стиральными машинами;
– Бортовые системы управления, которые используются для управления различными видами техники, например, автомобилями, танками или самолетами.
Любая система реального времени характеризуется набором аппаратных и программных средств. Аппаратные средства делятся на две группы: средства вычислительной техники и специализированные устройства для связи ЭВМ с объектом. В рамках программных средств обычно рассматривают операционную систему.
К средствам вычислительной техники относятся следующие:
1) Промышленные персональные электронно-вычислительные машины, предназначенные для сбора данных, управления объектами, обработки, визуализации и хранения потоков данных;
2) Промышленные контроллеры и программируемые логические контроллеры — это полноценные микроэлектронно-вычислительные машины, которые невелики по размерам, недороги, обладают сравнительно небольшой вычислительной мощностью, но развитыми средствами коммуникации;
3) Цифровые сигнальные процессоры и цифровые микроконтроллеры — это компактные и дешевые устройства, предназначенные для решения несложных типовых задач автоматизации управления во встроенных и бортовых системах.
Все эти средства вычислительной техники должны быть легко конфигурируемы, надежны в работе, обладать развитой системной службой времени и системой обработки прерываний, простой системой команд и способов адресации, иметь возможность подключения большого количества внешних устройств.
К специализированным устройствам для связи электронно-вычислительной машины с объектом относятся следующие:
1) Датчики — это первичные измерительные преобразователи, на которые непосредственно действует измеряемая величина;
2) Промежуточные измерительные преобразователи — это элементы, занимающие в измерительной цепи место после первичного измерительного преобразователя и предназначенные для преобразования выходного сигнала в удобную для дальнейшей передачи форму;
3) Аналого-цифровые преобразователи, которые преобразуют электрический сигнал в числовой;
4) Цифро-аналоговые преобразователи, которые преобразуют числовой сигнал в электрический;
5) Коммутаторы аналоговых сигналов, которые предназначены для применения в системах селективной обработки аналоговых сигналов;
6) Исполнительные устройства, которые оказывают непосредственное воздействие на управляемые объекты.
Для операционной системы, рассматриваемой в качестве программного средства системы реального времени, помимо стандартных задач управления пользовательскими программами и ресурсами (процессоры, оперативная память, диски, принтеры, клавиатуры, мыши, дисплеи, сетевые интерфейсы) выдвигаются такие требования как предсказуемость поведения во временной области и масштабируемость. При выполнении данных требований операционные системы становятся встраиваемыми операционными системами реального времени.
Таким образом, системами реального времени являются автоматизированные системы, временные характеристики которых жестко ограничены наименьшим и наибольшим значениями, однако их набор аппаратных и программных средств является примерно таким же, как и у обычных автоматизированных информационных систем.
Литература:
- Климентьев, К. Е. Системы реального времени: обзорный курс лекций. / К. Е. Климентьев. — Самара: Самар. гос. аэрокосм. ун-т, 2008. — 45 с.
- Древс, Ю. Г. Технические и программные средства систем реального времени: учебник. / Ю. Г. Древс. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. — 334 с.: ил.
- Таненбаум, Э. Современные операционные системы. 4-е изд. / Э. Таненбаум, Х. Бос. — СПб.: Питер, 2015. — 1120с.: ил.
