Chương I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỜI GIAN THỰC
1.7 Một số hệ thống thời gian thực điển hình
Có một số lớp hệ thống chuẩn đáng tin cậy của hệ thời gian thực như: hệ thống giám sát, hệ thống thu nhận dữ liệu, hệ thống điều khiển và thực hiện lệnh, v.v... Mỗi kiểu hệ thống này đều có đặc trưng kiến trúc xử lý riêng. Khi một hệ thống thời gian thực được phát triển, kiến trúc của nó sẽ thuộc một trong ba hệ thống chuẩn đó. Vì vậy, khi thiết kế hệ thời gian thực người ta thường sử dụng các mô hình chung này.
Hình 1.12 Tiến trình cho qua cửa
1.7.1 Hệ thống giám sát
Hệ thống giám sát (monitoring system) là một lớp quan trọng của hệ thời gian thực. Chúng kiểm tra các bộ cảm biến, cung cấp thông tin về môi trường của hệ thống và đưa ra hành động dựa vào việc đọc bộ cảm biến. Hệ thống giám sát đưa ra hành động khi một số giá trị bộ cảm biến đặc biệt được tìm thấy.
Xét ví dụ sau:
Một hệ thống báo động trộm được lắp đặt cho một toàn nhà. Hệ thống này sử dụng một số kiểu bộ cảm biến khác nhau. Nó gồm các máy dò môi trường trong những phòng riêng. Các bộ cảm biến trên các cửa sổ ở tầng 1để dò sự mở. Hệ thống có 50 bộ cảm biến của sổ, 30 bộ cảm biến cửa ra vào và 200 máy dò môi trường.
Hình 1.13: Kiến trúc tiến trình hệ thống báo động trộm Di chuyển tiến
trình bộ dò tìm
Tiến trình sensor cửa ra
vào
Tiến trình sensor cửa sổ
Tiến trình giám sát toà
nhà Tiến trình
truyền thông
Tiến trình hệ thống báo
động Tiến trình
chuyển nguồn
Tiến trình báo động thính
giác
Tiến trình điều khiển ánh
sáng
Tiến trình âm thanh điện tử
400Hz 60Hz 100Hz
Ngắt lỗi nguồn Giám sát toà nhà
Hệ thống báo động Hệ thống báo động
560Hz Trạng thái
bộ dò tìm
Trạng thái sensor
Trạng thái sensor
số phòng
số phòng số phòng
Hệ thống báo động
Tinh nhắn báo động
Hệ thống báo động
Khi một bộ cảm biến phát hiện thấy có người xâm nhập vào hệ thống, hệ thống tự động gọi cảnh sát địa phương bằmg cách sử dụng tiếng nhạc điện tử và ghi lại vị trí của bộ báo động. Nó bật đèn trong phòng quanh bộ cảm biến hoạt động và bật báo động có thể nghe thấy. Hệ thống báo động thường hoạt động nhờ nguồn điện dương, nhưng cũng có thể được trang bị với bin dự phòng. Khi mất điện, hệ thống sẽ sử dụng bộ kiểm tra mạch nguồn riêng để giám sát điện áp chính. Nó ngắt hệ thống báo động khi hạ điện áp được dò thấy.
Hệ thống này là một hệ thời gian thực mềm, nó không yêu cầu chặt chẽ về mặt thời gian. Các bộ cảm biến không cần dò tìm các sự kiện tốc độ cao, chúng chỉ cần kiểm tra hai lần trên giây.
Tỉ lệ của kỳ lập lịch được xác định bởi số bộ cảm biến và thời gian yêu cầu của hệ thống. Ví dụ, có 30 bộ cảm biến cửa ra vào. Chúng cần phải được kiểm tra hai lần trên giây. Điều này có nghĩa là sự kết hợp tiến trình với bộ cảm biến cửa cần phải chạy 60 lần trên giây (60Hz). Tương tự, tiến trình của bộ dò môi trường cần chạy 400 lần trên giây[10].
1.7.2 Hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển cũng là một lớp quan trọng của hệ thời gian thực. Hệ thống điều khiển tiếp tục điểu khiển các tác nhân phần cứng dựa vào giá trị của các bộ cảm biến. Hệ thống báo động trộm là một hệ thống giám sát hơn là một hệ thống điều khiển khi nó không có các Bộ thao tác. Các Bộ thao tác này được điều khiển giả bởi các giá trị của bộ cảm biến.
Hình 1.14: Kiến trúc tiến trình của hệ thống điều khiển nhiệt độ
Tiến trình máy điều nhiệt
Tiến trình sensor
Tiến trình điều khiển bếp lò
Tiến trình máy điều nhiệt
Tiến trình điểu khiển lò sưởi 500Hz
500Hz
500Hz
Giá trị sensor
Công tắc lệnh số phòng
Một ví dụ của hệ thống điều khiển là hệ thống điều khiển lò sưởi trong toà nhà.
Hệ thống này giám sát nhiệt độ bộ cảm biến ở các phòng khác nhau trong toà nhà, tắt hệ thống lò sưởi, phụ thuộc vào nhiệt độ hiện thời và tập nhiệt độ trên máy điều nhiệt phòng. Máy điều nhiệt cũng điều khiển công tắc lò sưởi trong hệ thống.
Kiến trúc tiến trình của hệ thống này được chỉ ra trong hình 1.14.
1.7.3 Hệ thống thu nhận dữ liệu
Hệ thống thu nhận dữ liệu là lớp khác của hệ thời gian thực. Nó thường là cơ sở cho mô hình kiến trúc chung. Hệ thống này tập hợp dữ liệu từ các bộ cảm biến cho việc xử lý và phân tích tuần tự.
Để minh hoạ cho lớp này của hệ thống, ta xét mô hình hệ thống chỉ ra trong hình 1.15. Đây là sự trình bày một hệ thống tập hợp dữ liệu từ các bộ cảm biến giám sát luồng nơtron trong lò phản ứng hạt nhân. Dữ liệu bộ cảm biến là không gian trong bộ đệm, nó được trích, xử lý và mức luồng trung bình được hiển thị trên sự trình diễn của toán tử.
Hình 1.15: Kiến trúc của luồng giám sát hệ thống
Mỗi bộ cảm biến có một tiến trình, nó biến đổi tín hiệu tương tự từ đầu vào thành tín hiệu số nó chuyển tới bộ đệm. Tiến trình hồi đáp xử lý dữ liệu từ cho bộ đệm và chuyển tới tiến trình hiển thị cho đầu ra. Hệ thời gian thực liên quan tới sự thu nhận và tốc độ xử lý dữ liệu. Hoạt động trong tiến trình thu nhận dữ liệu và tiến trình xử lý có thể không đồng bộ. Khi tín hiệu xử lý được yêu cầu, thu nhận dữ liệu có thể nhanh hơn xử lý dữ liệu. Nếu chỉ tính toán đơn giản cần được mang ra ngoài, xử lý có thể nhanh hơn thu nhận dữ liệu.
Để làm cân bằng các tốc độ khác nhau này, bộ đệm lớn nhất của hệ thống thu nhận dữ liệu sử dụng một bộ đệm vòng tròn hoặc bộ đệm tròn. Tiến trình cung cấp dữ
xử lý mức luồng nhận dạng
và lượng giá Bộ cảm biến
Tiến trình Bộ cảm
biến
Xử lý dữ liệu Bộ đệm dữ
liệu Bộ
cảm biến Hiển thị
liệu (producer: sản xuất) thêm thông tin tới bộ đệm này và tiến trình sử dụng dữ liệu (consumer: tiêu dùng) lấy thông tin từ bộ đệm (hình 1.16).
Hiển nhiên, cần loại trừ tình huống tiến trình cung cấp và tiến trình sử dụng truy cập cùng một phần tử trong bộ đệm ở cùng thời điểm. Hệ thống cũng cần bảo đảm rằng, tiến trình không cung cấp thêm thông tin khi bộ đệm đầy và tiến trình sử dụng không nhận thông tin từ bộ đệm rỗng.
Hình 1.16: Bộ đệm tròn cho bộ thu nhận dữ liệu tiến trình
cung cấp
tiến trình sử dụng
Chương 2