Requisitos Operacionais em Sistemas de Tempo Real, Notas de estudo de Engenharia Informática
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Instituto Nacional de Telecomunicações – INATEL

Jéssica Luiza de Jesus

Pâmela Raiane Norberto

Sebastião Edélcio Oliveira Realino

Wellington Cássio Faria

Requisitos Operacionais em Sistemas de Tempo Real

Jéssica Luiza de Jesus

Pâmela Raiane Norberto

Sebastião Edélcio Oliveira Realino

Wellington Cássio Faria

Requisitos Operacionais em Sistemas de Tempo Real

Santa Rita do Sapucaí, 2013.

Trabalho apresentado como requisito

parcial para obtenção de aprovação na

disciplina Arquiteturas de Computadores

II, no Curso de Engenharia da

Computação, no Instituto Nacional de

Telecomunicações.

Prof.ª Ana Letícia Gomes Gonçalves.

RESUMO

Esse trabalho apresenta os principais conceitos, a arquitetura básica e os requisitos de

operação de um Sistema de Tempo Real.

Palavras-chave: RTOS, Sistema Operacionais de Tempo Real, Requisitos Operacionais.

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................................... 5

2. DESENVOLVIMENTO ......................................................................................................... 6

2.1. Definição ......................................................................................................................... 6

2.2. Conceitos ......................................................................................................................... 6

2.2.1. Restrições de Tempo ................................................................................................ 6

2.2.2. Tarefas: ................................................................................................................. 7

2.2.3. Escalonamento de tarefas ..................................................................................... 7

2.3. Requisitos para Operação: ........................................................................................... 7

2.4. RTOS disponíveis no mercado: ................................................................................... 8

2.4.1 Free RTOS: ................................................................................................................ 8

2.4.2. NetBSD(baseado no UNIX) ..................................................................................... 8

2.4.3. Windows CE Embedded ........................................................................................... 8

2.4.4. Windows NT Embedded .......................................................................................... 8

2.4.5. Tinys OS ................................................................................................................... 8

2.4.6. uClinux ..................................................................................................................... 8

3. CONCLUSÃO ........................................................................................................................ 9

REFERÊNCIAS ....................................................................................................................... 10

1. INTRODUÇÃO

Com a evolução dos recursos computacionais, aplicações com requisitos de tempo real

tornaram-se cada vez mais comuns, resultaram na evolução dos sistemas computacionais

destinado à execução de múltiplas tarefas. Neste contexto, destaca-se um grupo de sistemas

que trabalham com restrições de tempo, chamados Sistemas de Tempo Real.

O principal objetivo deste trabalho é apresentar conceitos básicos e requisitos

operacionais deste sistema.

2. DESENVOLVIMENTO

2.1. Definição

Um Sistema de Tempo Real é um software que administra os recursos de um sistema

computacional, com o propósito de assegurar que todos os eventos sejam atendidos dentro de

suas restrições de tempo e administrados da forma mais eficiente possível. O software é

chamado de Kernel do Sistema de Tempo Real e conhecido no mercado como RTOS (Real-

Time Operation System).

Para entendimento da importância de um Sistema de Tempo Real é preciso entender

alguns conceitos de restrição de tempo para eventos e tarefas computacionais.

2.2. Conceitos

2.2.1. Restrições de Tempo

Uma tarefa computacional passa basicamente por três etapas: Recebe um estimulo (ou

evento), realiza o processamento e produz uma saída.

A Restrição de Tempo é tempo limite (máximo) de para que a tarefa seja realizada.

Exemplos:

Um sensor de temperatura que gera um input para um microcontrolador, indicando

que níveis críticos de temperatura foram atingidos, para que o microcontrolador possa atuar

sob o sistema de refrigeração. Se o microcontrolador não atender às restrições de tempo do

sensor de temperatura, a temperatura poderá atingir níveis críticos, e todo sistema poderá se

danificar. Este caso é normalmente chamado de “Hard Real-Time Systems”, ou numa

tradução livre, Sistemas de Tempo Real altamente restritivos (é aquele que tem um

comportamento determinístico, ou seja, o prazo para execução de uma tarefa (deadline) não

pode ser violado).

Um teclado que gera inputs de teclas pressionadas para um sistema microprocessado.

Se o sistema não tratar estas teclas dentro de suas restrições de tempo, o operador poderá ter a

sensação de que o sistema “travou”, o que poderá causar até a desistência da utilização do

produto. Este caso é normalmente chamado de “Soft Real-Time Systems”, ou Sistemas de

Tempo Real levemente restritivos (é aquele que também tem o tempo como parâmetro

fundamental, mas uma falha é aceitável).

Os exemplos acima demostram a importância das restrições de tempo, se eventos com

restrições de tempo não forem tratados de forma correta, teremos consequências tão diversas

quanto à percepção de baixa qualidade de um produto, a possibilidade de queima de um

equipamento ou até risco de morte.

2.2.2. Tarefas:

Tarefas são pequenos trechos de programa com responsabilidades específicas e bem

definidas. Cada tarefa possui um conjunto de atributos, dentre eles a prioridade, que deve ser

atribuída de acordo com sua importância. A prioridade garante que os eventos com restrições

de tempo possam ser executados de forma eficiente. As tarefas de tempo real devem ser

executadas de tal maneira que uma eventual falha não interfira em outras tarefas e/ou no

sistema operacional como um todo.

Cada tarefa é executada de forma independente, mas elas precisam interagir entre si,

pois um Sistema de Tempo Real destinado à execução de múltiplas tarefas que é a

característica dos sistemas operacional que permite repartir a utilização do processador entre

várias tarefas aparentemente simultaneamente.

2.2.3. Escalonamento de tarefas

O escalonamento de tarefas é uma função realizada pelo Kernel para determinar

quando uma tarefa mais importante precisa ser executada.

Para processamento de todas as tarefas, dentro das restrições de tempo, o Kernel

necessita de algum mecanismo de gerenciamento de tarefas, classificando-as e ordenando de

acordo com sua prioridade, determinando quais tarefas devem executadas prioritariamente.

2.3. Requisitos para Operação:

A operação de um RTOS depende de sua aplicação que influência fatores como CPU,

memória e custos.

CPU: A CPU utilizada pode determinar a utilização ou não de um RTOS, pois este

sistema exige como requisito necessário uma alta frequência, devido à necessidade de

rápido processamento das tarefas em suas restrições de tempo.

ROM: Precisa ser grande o suficiente para armazenar o código do Kernel mais o

código da aplicação. Dependendo do Kernel, a aplicação precisará de memória

entre 4K e 200Kb.

RAM: A quantidade de memória disponível para os dados da aplicação deve ser

grande suficiente para armazenamento das informações de contexto de execução das

tarefas. O valor da memória RAM deve suprir as necessidades do Kernel e das tarefas

da aplicação.

Custo: Tanto o custo do RTOS quanto o custo extra do hardware e ferramentas

necessárias para suportar o RTOS devem ser levados em consideração.

2.4. RTOS disponíveis no mercado:

2.4.1 Free RTOS:

Sistema operacional de código aberto e direitos autorais livre, possuí um mini Kernel,

podendo ser utilizado também em aplicações comerciais. Suporta as seguintes arquiteturas de

microprocessadores e microcontroladores (ARM&, ARM9, AVR, PIC24, DSPPIC e

microcontrolador 8051).

2.4.2. NetBSD(baseado no UNIX)

É um sistema operacional em tempo real, que trabalha com código aberto, como

desvantagem apresenta à necessidade de memória, podendo chegar à 16Mb de RAM. Boa

opção para trabalhar com dispositivos de redes (roteadores , switches).

2.4.3. Windows CE Embedded

Sistema operacional lançado pela Microsoft, não disponível em código aberto, com

tamanho relativamente compacto e possibilidade de incorporar novos módulos e

componentes.

2.4.4. Windows NT Embedded

Sistema operacional também desenvolvida pela Microsoft, de código fechado,

necessita de grande área de memória, não sendo indicado para embarcados.

2.4.5. Tinys OS

Sistema operacional de código aberto e projetado para redes de sensores wireless,

biblioteca de componentes inclui protocolos de redes e portabilidade de uma dúzia de

arquiteturas de controladores.

2.4.6. uClinux

Sistema operacional de código aberto e completamente voltado para sistemas

embarcados. Com Kernel menor que 1 Gb, e suporte ao protocolo de redes TCP/IP.

3. CONCLUSÃO

A utilização de um sistema de tempo real é essencial em aplicações que exigem

restrições de tempo, pois minimiza o risco de problemas com restrições temporais através da

divisão do sistema em pequenas tarefas.

As necessidades das aplicações determinam requisitos de hardware (CPU e Memorias)

e software (Kernel) que viabilizam o uso RTOS na aplicação.

Cada RTOS disponível no mercado possui vantagens e desvantagens. A escolha do

melhor sistema depende dos requisitos de hardware e software especificados pela aplicação.

REFERÊNCIAS

Sérgio Prado. sergioprado.org. 15/03/2010; data de acesso 21/06/13. Sistemas de Tempo Real

— Parte 1. Endereço do site com a expressão “Disponível em:

http://sergioprado.org/sistemas-de-tempo-real-part-1/.

FARINES, J.; FRAGA, J.; OLIVEIRA, R.– Sistema de Tempo Real - Apostila, UFSC.

LUIS ANTONIO COELHO CORRÊA, SELEÇÃO DE SISTEMAS OPERACIONAIS DE

TEMPO REAL PARA SISTEMAS EMBARCADOS, Simpósio de Excelência em Gestão e

Tecnologia, 2008.

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