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Tema 3: Programación de Sistemas de Tiempo Real
Objetivos:
» Analizar:
• las técnicas y herramientas que se pueden utilizar para
diseñar sistemas de tiempo real
• las características principales de los SOTR
• las normas POSIX (Interfaz estándar)
• los distintos tipos de lenguajes para la programación de
STR
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Índice:
» Desarrollo de sistemas
» Lenguajes para sistemas de tiempo real
» Sistemas Operativos. Normas POSIX
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Referencias:
• Transparencias de Juan Antonio de la Puente
http://polaris.dit.upm.es/~jpuente/
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Índice:
» Desarrollo de sistemas
» Lenguajes para sistemas de tiempo real
» Sistemas Operativos. Normas POSIX
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Desarrollo de Sistemas de Tiempo Real
• Se apoya en conceptos, métodos y herramientas de
ingeniería de software
Normalmente comprende una serie de actividades:
»
»
»
»
»
Análisis de Requisitos
Diseño Estructural
Diseño Detallado
Realización
Pruebas
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Desarrollo de Sistemas de Tiempo Real
• Análisis de Requisitos
» Análisis de la funcionalidad del sistema y sus propiedades
(comportamiento temporal, fiabilidad, comportamiento en
caso de averías, etc.)
» Modelo del entorno: sistema controlado e interfaz con el
mismo y con el operador
Resultado: Modelo conceptual (o lógico) del sistema
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Desarrollo de Sistemas de Tiempo Real
• Diagrama de Actividades
a
A
x
operador
A1
b
S1
S2
u
sensor
y
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z
v
B1
D1
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pantalla
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Desarrollo de Sistemas de Tiempo Real
• Elementos de los Diagramas de Actividades
actividad
Flujo de datos
Control
Flujo de control
datos
Actividad externa
Refinamiento
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Desarrollo de Sistemas de Tiempo Real
» Diseño de Sistemas
• Descomposición:
» consiste en dividir un sistema grande y complejo en
módulos de tamaño manejable.
Módulos de interés:
• objetos abstractos: se definen por las operaciones
que se pueden hacer sobre ellos
• procesos: son entidades activas que se pueden
ejecutar concurrentemente
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Desarrollo de Sistemas de Tiempo Real
» Diseño de Sistemas
• Abstracción:
» consiste en ocultar los detalles que no son relevantes en
un momento dado.
El resultado de esta actividad es un modelo estructural
(ó físico) del sistema.
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Desarrollo de Sistemas de Tiempo Real
» Diagramas de estructura
• Permiten representar gráficamente un modelo estructural
ejemplo:
A
P
B
C
D
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Desarrollo de Sistemas de Tiempo Real
•
•
Las características específicas de los sistemas de tiempo real
críticos condicionan los métodos y herramientas que se utilizan
para desarrollar el software
No todas las técnicas que se usan para construir otros tipos de
sistemas sirven para el software de tiempo real crítico
» suele haber problemas de fiabilidad y determinismo temporal
•
Nos centraremos en los lenguajes de programación y sistemas
operativos
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Índice:
» Desarrollo de sistemas
» Lenguajes para sistemas de tiempo real
» Sistemas Operativos. Normas POSIX
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Lenguajes de Programación
» debe facilitar la realización de sistemas
• concurrente, fiable, comportamiento temporal analizable
» lenguajes de interés para STR:
• lenguaje ensamblador
» flexibles y eficientes pero costoso en desarrollo y poco fiable
• lenguaje secuencial (Fortran, C, Pascal,...)
» necesita s.o. para concurrencia y tiempo real
• lenguaje concurrente (Modula, Ada,...)
» concurrencia y tiempo real incluidos en el lenguaje
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Lenguajes de Programación: C
» muy utilizado para la programación de sistemas
» características:
• estructurado, con bloques
• sin tipado fuerte
• muy flexible (a veces poco seguro)
» no tiene integrada concurrencia ni tiempo real
• se obtiene a través de llamadas al S.O.
» No facilita la descomposición en módulos ni la
programación con objetos
• se puede hacer con C++
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Lenguajes de Programación: Ada
» lenguaje específicamente diseñado para STR
empotrados
• incluye concurrencia, tiempo real, acceso al hw e interrupciones
» lenguaje descendiente del pascal
• estructura en bloques y fuertemente tipado
» pensado para construir sistemas grandes y cambiantes
•
•
•
•
paquetes (módulos) y esquemas genéricos
extensión de tipos con herencia
biblioteca jerárquica
interfaces a otros lenguajes normalizada
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Lenguajes de Programación: Ada95
» la norma define:
• un núcleo común a todas las implementaciones
• unos anexos especializados para:
»
»
»
»
»
»
programación de sistemas
sistemas de tiempo real
sistemas distribuidos
sistemas de información
cálculo numérico
fiabilidad y seguridad
• los anexos definen:
» paquetes de biblioteca
» mecanismos de implementación
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Índice:
» Desarrollo de sistemas
» Lenguajes para sistemas de tiempo real
» Sistemas Operativos. Normas POSIX
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Sistemas Operativos
» los sistemas operativos convencionales no son
adecuados para realizar STR
• no tienen comportamiento temporal determinista
• no permiten garantizar tiempos de respuesta
» un sistema operativo de tiempo real debe ofrecer:
• gestión de la concurrencia: procesos ligeros (threads) con
memoria común
• temporización: medida de tiempos y ejecución periódica
• planificación: prioridades fijas con desalojo, acceso a
recursos con protocolos de herencia de prioridad
• dispositivos de E/S: acceso a hw e interrupciones
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Sistemas Operativos: POSIX
» Es un conjunto de normas IEEE/ISO que definen
interfaces de sistemas operativos
» Permiten desarrollar software portable y reutilizable
(Portable Operating System Interface) + X
» Las normas definen servicios que se pueden incluir
o no en un sistema operativo particular
» Se definen también perfiles de aplicación con
servicios estándar
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Sistemas Operativos: POSIX
POSIX 1, 1a
POSIX 1b,1d,1i,1j
POSIX 1c
POSIX 1e
POSIX 1f
POSIX 1g
POSIX 1h
POSIX 21
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interfaz básica (similar a UNIX)
extensiones de tiempo real
procesos ligeros (threads)
seguridad
NFS
servicios de red (sockets, XTI)
tolerancia de fallos
comunicaciones de tiempo real
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POSIX: Perfiles de aplicación
» definen subconjuntos de servicios para distintos
tipos de aplicaciones
POSIX 10
POSIX 13
POSIX 14
POSIX 18
supercomputadores
sistemas de tiempo real
multiprocesadores
estación de trabajo
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POSIX13: Perfiles para sistemas de tiempo real
• PSE50: sistema de tiempo real mínimo
» sin gestión de memoria, ficheros ni terminal
» solo threads (no procesos pesados)
• PSE51: controlador de tiempo real
» con sistema de ficheros y terminal
• PSE52: sistema de tiempo real dedicado
» con gestión de memoria y procesos pesados
• PSE53: sistema de tiempo real generalizado
» sistema completo con todos los servicios
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