Hệ thống thông tin công nghiệp - Chương 3: Vấn đề thời gian thực
Yêu cầu đặc biệt
—Mã rất nhỏ, gọn
—Đơn giản, dễsửdụng, dễlập trình
—Thờigian phảnứngvớimột sựkiện(vídụkhi xuấthiện ngắttruyềnthông, ngắtvào/ra,.) đủngắn
—Quản lý hiệu quảcác tác vụtuần hoàn, đảm bảo chính xác vềchu kỳthời gian, độrung nhỏ(jitter)
—Quản lý vào/ra hiệu quả, đơn giản
Hai dạng thực hiện:
—Mã nguồn: Nhân thời gian thực, được dịch vàliên kết cùng với CTĐK tạo thành một chương trình duy nhất -> giải pháp vi điều khiển.
—Mã chạy cài đặt sẵn trên thiết bị: Hệ điều hành thời gian thực đầy đủ, cung cấp các dịch vụ độc lập với chương trình điều khiển -> giải pháp PLC vàDCS
38 trang |
Chia sẻ: tlsuongmuoi | Lượt xem: 1998 | Lượt tải: 3
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Hệ thống thông tin công nghiệp - Chương 3: Vấn đề thời gian thực, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
©2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
C
h
ư
ơ
n
g
1
Hệ thống
thông tin công nghiệp
1/19/2006
Chương 3: Vấn ₫ề thời gian thực
2©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Chương 3: Nội dung
1. Khái niệm “hệ thời gian thực”
2. Xử lý thời gian thực
3. Hệ điều hành thời gian thực
4. Giao tiếp thời gian thực
5. Lập trình thời gian thực
3©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
3.1 Hệ thời gian thực là gì?
“A real-time system is one in which the correctness of the system
depends not only on the logical results, but also on the time at
which the results are produced,...”
Một hệ thời gian thực là một hệ thống mà sự hoạt ₫ộng tin cậy của
nó không chỉ phụ thuộc vào sự chính xác của kết quả, mà còn phụ
thuộc vào thời ₫iểm ₫ưa ra kết quả ₫ể phản ứng với sự kiện bên
ngoài. Hệ thống có lỗi khi thời gian yêu cầu không ₫ược thoả mãn.
JOHN A. STANKOVIC ET AL.: Strategic Directions in Real-Time and Embedded
Systems. ACM Computing Surveys, Vol. 28, No. 4, December 1996
Thời gian thực không phải là thời gian tuyệt đối
Tính năng thời gian thực không đồng nghĩa với tốc độ
tính toán rất nhanh
Tính năng thời gian thực = tính chính xác + tính kịp
thời
4©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Các dạng của “tính kịp thời”
Thời gian
Sự kiện Phản ứng
ts tp
T
a) Chính xác tại ... (t = tp)
Thời gian
Sự kiện Phản ứng
ts tp2
T
b) Trong khoảng ... (tp2 ≤ t ≤ tp2 )
Thời gian
Sự kiện Phản ứng
ts tp
T
c) Chậm nhất là ... (t ≥ tp)
tp1
Thời gian
Sự kiện Phản ứng
ts tp
T
d) Sớm nhất là ... (t ≥ tp)
5©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
HT ₫iều khiển có phải là hệ TGT?
Mỗi hệ thống điều khiển là một hệ thời gian thực
Chất lượng điều khiển không chỉ phụ thuộc vào thuật
toán điều khiển, mà còn phụ thuộc vào khả năng phản
ứng của hệ thống, thời điểm đọc tín hiệu đầu vào (tín
hiệu đo), vào thời gian tính toán luật điều khiển và thời
điểm đưa ra tín hiệu điều khiển
Tính năng thời gian thực của một HTĐK phụ thuộc cả
vào phần cứng và phần mềm và vào kiến trúc hệ thống
Phần cứng: Tốc độ tính toán của vi xử lý, tốc độ chuyển đổi
DA/AD, cơ chế vào/ra, chậm trễ trong các thiết bị
Phần mềm: Thuật toán điều khiển, phương pháp lập trình,
tổ chức thực hiện chương trình
Tính năng TGT của một HTĐK liên quan tới tính mạng
con người
Phần lớn các hệ thời gian thực là các hệ thống điều
khiển
6©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Hai dạng hệ thống TGT tiêu biểu
1. Hệ thống nhúng (Embedded Systems)
— Các hệ thống điều khiển chuyên dụng, đặc chủng cho
các thiết bị, máy móc đơn lẻ
— Máy tính điều khiển là một phần không tách rời của
thiết bị được điều khiển
— Dựa trên nền vi xử lý, nhân thời gian thực, hệ điều hành
thời gian thực
— Ví dụ ứng dụng: công nghiệp hàng không-vũ trụ, robot
công nghiệp, phương tiện giao thông, ...
2. Hệ thống điều khiển công nghiệp (Industrial Control
Systems)
— Distributed Control Systems (DCS), Programmable Logic
Controllers (PLC), Soft-PLCs
— Các hệ thống điều khiển phân cấp, phân tán
— Ứng dụng trong CN chế biến, CN chế tạo
7©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Chiếc xe hơi có làmột hệ TGT?
Hơn 50 máy vi tính bên trong (μP) nối mạng
Chúng ta có nên tìm hiểu nguyên lý hoạt động của
chúng?
8©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Bus trường có phải là một hệ TGT?
Sensor
I/O
Controller
I/O
ActuatorSensor
I/O
Actuator
I/O
Bus trường
Tsd
Tin Tout
Tad
Tc
Ts
Tio
Ta
Tbus
9©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Tính năng thời gian thực là yêu cầu
chung của hầu hết các hệ thống thông
tin công nghiệp!
10
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Đặc ₫iểmcủamột hệ thời gian thực
Tính phản ứng: Hệ thống phải phản ứng với các sự
kiện xuất hiện vào các thời điểm không biết trước.
Tính nhanh nhạy: Hệ thống phải xử lý thông tin một
cách nhanh chóng để có thể đưa ra kết quả phản ứng
một cách kịp thời.
Tính ₫ồng thời: Hệ thống phải có khả năng phản ứng
và xử lý đồng thời nhiều sự kiện diễn ra.
Tính tiền ₫ịnh: Dự đoán trước được thời gian phản ứng
tiêu biểu, thời gian phản ứng chậm nhất cũng như
trình tự đưa ra các phản ứng.
11
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
3.2 Xử lý thời gian thực là gì?
Xử lý thời gian thực là hình thức xử lý thông tin trong
một hệ thống ₫ể ₫ảm bảo tính năng thời gian thực của
nó.
Luôn liên quan với các sự kiện bên ngoài (tính phản
ứng)
Yêu cầu cao về hiệu suất phần mềm (tính nhanh nhạy)
Đòi hỏi xử lý ₫ồng thời nhiều tác vụ (tính ₫ồng thời)
Đòi hỏi cơ sở lý thuyết chặt chẽ phục vụ phân tích và
đánh giá (tính tiền ₫ịnh)
12
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Tại sao phải nghiên cứu về xử lý TGT?
Xử lý thời gian thực là nguyên lý làm việc cơ bản của
mỗi hệ thống điều khiển và của mỗi hệ thống thông
tin công nghiệp, nhìn từ quan điểm tin học
Chất lượng điều khiển và độ tin cậy của hệ thống điều
khiển không chỉ phụ thuộc vào thuật toán ₫iều khiển,
công nghệ phần cứng, mà còn phụ thuộc một cách tất
yếu vào phương pháp xử lý thời gian thực
Chúng ta còn biết quá ít về cơ chế thực hiện các chức
năng phần mềm bên trong một bộ điều khiển (số)
13
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Các hình thức cơ bản của xử lý TGT
Khả năng phản ứng đồng thời với các sự kiện bên
ngoài: Xử lý đa nhiệm
Đáp ứng yêu cầu về thời gian của nhiều “tác vụ”:
— Xử lý song song
— Xử lý phân tán
— Xử lý cạnh tranh
14
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Tác vụ và xử lý ₫a nhiệm
Một quá trình tính toán cho một nhiệm vụ cụ thể, có
thể được thực hiện đồng thời, ví dụ:
— Các tác vụ xử lý giá trị vào/ra
— Các tác vụ điều chỉnh
— Các tác vụ điều khiển logic
— Các tác vụ xử lý biến cố
— ...
Một tác vụ là sự thi hành một chương trình hoặc một
phần chương trình
— Một chương trình chạy nhiều lần => nhiều tác vụ
— Một đoạn mã chương trình (ví dụ một hàm) được gọi tuần
hoàn với các chu kỳ khác nhau => nhiều tác vụ khác
nhau
Multitasking (đa nhiệm): khả năng thi hành đồng thời
nhiều tác vụ
15
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Các trạng thái của một tác vụ
Trạng thái nghỉ, chưa tồn tại (Dormant,
Nonexistence): Task trong bộ nhớ nhưng
hệ điều hành không quản lý.
Trạng thái sẵn sàng (Ready state): Khi
nó có thể được điều hoạt nhưng hiện
đang có một Task khác có mức ưu tiên
cao hơn đang được thực hiện.
Trạng thái chạy (Running state): Khi nó
đang được điều khiển bởi CPU
Trạng thái đợi (Waiting state) : Khi nó
đang chờ một sự kiện xảy ra để được
sẵn sàng như một sự kiện vào/ra, khi
tài nguyên chung có thể sử dụng hay là
khi có các ngắt thời gian.
DORMANT READY
RUNNINGWAITING
16
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Phân loại tác vụ (IEC 61131-3)
Mã thực thi
Tác vụ mặc định
Ví dụ:
- Điều khiển logic
- Kiểm tra lỗi
Chờ tới chu kỳ
Mã thực thi
Thời gian
Tác vụ tuần hoàn
Ví dụ:
- Điều chỉnh vòng kín
- Xử lý truyền thông
Chờ sự kiện
Mã thực thi
Sự kiện
Tác vụ sự kiện
Ví dụ:
- Điều khiển trình tự
- Xử lý sự cố
17
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Các hình thức xử lý ₫ồng thời
Xử lý song song: Các tác vụ (task) được phân chia
thực hiện song song trên nhiều bộ xử lý
Xử lý cạnh tranh: Nhiều tác vụ chia sẻ thời gian của
một bộ xử lý.
Xử lý phân tán: Mỗi (nhóm) tác vụ được thực hiện
riêng trên một máy tính (trường hợp đặc biệt của xử
lý song song).
Xử lý cạnh tranh là hình thức quan trọng nhất trong
các hệ thống điều khiển (có thể kết hợp với xử lý
phân tán)
18
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Xử lý cạnh tranh
Các vấn đề:
— Tổ chức, lập lịch phân
chia tài nguyên cho các
tác vụ
— Giao tiếp giữa các tác vụ
— Đồng bộ hóa giữa các tác
vụ
19
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Phương pháp lập lịch
Vấn đề:
— Bên cạnh hiệu năng của phần cứng máy tính, thì
phương pháp lập lịch có ảnh hưởng lớn tới tính năng
thời gian thực của hệ thống
— Cần sự thỏa hiệp giữa tính năng thời gian thực và
hiệu suất sử dụng tài nguyên máy tính
Cơ chế lập lịch
— Lập lệnh tĩnh: thứ tự thực hiện các tác vụ được xác định
trước khi hệ thống đi vào hoạt động.
— Lập lệnh động: thứ tự thực hiện các tác vụ được xác định
trong khi hệ thống đang hoạt động.
20
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Phương pháp lập lịch
Sách lược lập lịch
— FIFO: đến trước sẽ được thực hiện trước.
— Non-preemptive: không chen hàng, các tác vụ được thực
hiện bình thường dựa trên mức ưu tiên của chúng.
— Preemptive: chen hàng, chọn một tác vụ để thực hiện
trước các tác vụ khác.
— Round-robin/Time-slicing: Mỗi tác vụ có mức ưu tiên như
nhau được thực hiện một số “lát thời gian”
— Mức ưu tiên cố định/động: các tác vụ được đặt các mức
ưu tiên cố định hoặc có thể thay đổi nếu cần.
Thuật toán lập lịch
— Rate monotonic: càng thường xuyên càng được ưu tiên.
— Deadline monotonic: càng gấp càng được ưu tiên.
— Least laxity: tỷ lệ thời gian tính toán/thời hạn cuối cùng
(deadline) càng lớn càng được ưu tiên.
21
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Khái niệm “tiến trình tính toán”
Tiến trình tính toán (process) là một khái niệm tương
đương với “tác vụ”, nhưng nhìn từ phía hệ điều hành
đa nhiệm (khái niệm tác vụ nhìn từ phía người sử
dụng)
Hai loại tiến trình:
— Tiến trình nặng cân (heavyweight process, process):
Chiếm một không gian địa chỉ riêng, thường tương ứng
với thực thi cả một chương trình => sử dụng an toàn hơn
nhưng giao tiếp giữa các process phức tạp
— Tiến trình nhẹ cân (lightweight process, thread): Thường
thuộc một process, các thread của một process cùng
chia sẻ một không gian địa chỉ => giao tiếp đơn giản
thông qua các biến toàn cục, nhưng cần thận trọng
22
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
3.3 Hệ ₫iều hành thời gian thực
Hệ điều hành thời gian thực là một hệ điều hành hỗ
trợ các chương trình ứng dụng xử lý thời gian thực
Hầu hết các bộ điều khiển công nghiệp (PLC, DCS,...)
đều hoạt động trên nền một hệ điều hành thời gian
thực (RTOS, Real-time Operating System)
Bản thân hệ điều hành thời gian thực cũng là một hệ
thời gian thực
Một hệ điều hành thời gian thực bao giờ cũng là một
hệ đa nhiệm (multitasking), hỗ trợ xử lý cạnh trạnh
hoặc/và xử lý song song.
23
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Vai trò của RTOS trong bộ ₫iều khiển
Nạp chương trình, hỗ trợ thử nghiệm, gỡ rối chương
trình
Quản lý dữ liệu vào/ra và quản lý truyền thông
— Giúp các chương trình ứng dụng dễ dàng truy cập dữ liệu
mà không cần quan tâm tới cơ chế phần cứng cụ thể
Quản lý tác vụ:
— Lập lịch: Phân chia thời gian CPU cho thi hành các tác vụ
khác nhau (trong xử lý cạnh tranh)
— Hỗ trợ ₫ồng bộ hóa tiến trình: Giúp các tác vụ chia sẻ tài
nguyên sử dụng chung (bộ nhớ, cổng vào/ra,..)
— Hỗ trợ giao tiếp liên tiến trình: Giúp các tác vụ thực hiện
giao tiếp, trao đổi dữ liệu hoặc phối hợp hoạt động
Các chức năng kiểm tra, chẩn đoán lỗi
24
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
RTOS trong các hệ thống ₫iều khiển
Yêu cầu đặc biệt
— Mã rất nhỏ, gọn
— Đơn giản, dễ sử dụng, dễ lập trình
— Thời gian phản ứng với một sự kiện (ví dụ khi xuất hiện
ngắt truyền thông, ngắt vào/ra,...) đủ ngắn
— Quản lý hiệu quả các tác vụ tuần hoàn, đảm bảo chính
xác về chu kỳ thời gian, độ rung nhỏ (jitter)
— Quản lý vào/ra hiệu quả, đơn giản
Hai dạng thực hiện:
— Mã nguồn: Nhân thời gian thực, được dịch và liên kết
cùng với CTĐK tạo thành một chương trình duy nhất ->
giải pháp vi điều khiển.
— Mã chạy cài đặt sẵn trên thiết bị: Hệ điều hành thời gian
thực đầy đủ, cung cấp các dịch vụ độc lập với chương
trình điều khiển -> giải pháp PLC và DCS.
25
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
GIAO DIỆN PHẦN CỨNG
PHẦN CỨNG MÁY TÍNH
QUẢN LÝ
TASK
QUẢN LÝ
BỘ NHỚ
QUẢN LÝ
VÀO/RA
XỬ LÝ
GIAO TIẾP
QUẢN LÝ
SỰ KIỆN
GIAO DIỆN LẬP TRÌNH ỨNG DỤNG
CHƯƠNG TRÌNH
ỨNG DỤNG
CHƯƠNG TRÌNH
ỨNG DỤNG
CHƯƠNG TRÌNH
ỨNG DỤNG
Cấu trúc tiêu biểu củamột hệ ₫iều hành
thời gian thực
26
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Ví dụ phát triển: MicroC/OS-II
CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG
MÃ XỬ LÝ ĐỘC LẬP
OS_CORE.C
OS_FLAG.C
OS_MBOX.C
OS_MEM.C
OS_TASK.C
OS_TIME.C
uCOS_II.C
uCOS_II.H
CẤU HÌNH µC/OS-II
OS_CFG.H
INCLUDE.H
CHUYỂN MÃ µC/OS-II
OS_CPU.H
OS_CPU_A. ASM
OS_CPU_C.C
CPU TIMER
PHẦN MỀM
PHẦN CỨNG
27
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
3.4 Giao tiếp thời gian thực
Một hệ thống điều khiển nhà máy bao gồm nhiều
thành phần => nhu cầu giao tiếp
Tính năng thời gian thực của một hệ thống không chỉ
phụ thuộc vào tính năng thời gian thực của từng
thành phần, mà còn phụ thuộc vào cấu trúc liên kết
và hình thức giao tiếp giữa các thành phần!
Tính năng thời gian thực của hệ thống truyền thông
phụ thuộc vào những yếu tố gì?
— Tốc độ truyền?
— Cấu trúc mạng?
— Phương pháp kiểm soát truy nhập bus?
— ...
28
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Ví dụminh họa: Hệ ĐK qua mạng
Sensor
I/O
Controller
I/O
ActuatorSensor
I/O
Actuator
I/O
Bus trường
Tsd
Tin Tout
Tad
Tc
Ts
Tio
Ta
Tbus
Không đồng bộ trong các chu kỳ hoạt động của các
thiết bị
Đặc tính khác nhau của các hệ bus
Thời gian trễ bất định
Chù kỳ trích mẫu biến thiên
29
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Các thông số ₫ặc trưng
Chu kỳ bus: Khoảng thời gian nhỏ nhất mà tất cả các
trạm trong mạng được tham gia giao tiếp một lần
(không phải hệ thống nào cũng hoạt động theo chu kỳ)
Thời gian phản ứng (tiêu biểu và trường hợp xấu nhất):
Khoảng thời gian từ lúc nhận được yêu cầu tới lúc
hoàn thành nhiệm vụ trao đổi thông tin
Độ rung (jitter): Khoảng thời gian sai lệch so với thời
điểm lý tưởng
=> Quan trọng: Các thông số trên là tiền định hay bất
định (mức độ bất định như thế nào?)!
30
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Các kiến trúc giao tiếp
Kiến trúc Master/Slave
— Một trạm chủ phối hợp hoạt động của nhiều trạm tớ
— Các trạm tớ có vai trò, nhiệm vụ tương tự như nhau
— Các trạm tớ có thể giao tiếp trực tiếp, hoặc không
— Vai trò chủ động thuộc về Master
Master
Slave Slave Slave
Ví dụ: Bộ điều khiển
Ví dụ: Các vào/ra phân tán, các thiết bị trường
31
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Kiến trúc Client/Server
— Server thực hiện các dịch vụ chung, phục vụ các client.
— Giữa các client không cần thiết có giao tiếp trực tiếp
— Vai trò chủ động trong giao tiếp thuộc về client
Server
Client Client Client
Ví dụ: Các trạm vận hành
Ví dụ: Các bộ điều khiển hoặc các trạm quản lý dữ liệu
Server
32
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Kiến trúc bình đẳng
— Các trạm có vai trò bình đẳng, phải phối hợp hoạt động,
hình thức giao tiếp trực tiếp với nhau không qua trung
gian
A
A
A
A A
Ví dụ: Các trạm điều khiển phân tán
hoặc các thiết bị trường thông minh
33
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Kiến trúc tự trị
— Các trạm có vai trò bình đẳng, có thể hoạt động hoàn
toàn độc lập nhưng sự phối hợp hoạt động tạo hiệu quả
cao nhất
A
A
A
A A
Ví dụ: Các hệ thống xây dựng theo công nghệ Agent, Multi-Agent
34
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Các cơ chế giao tiếp
Dữ liệu toàn cục (Global Data)
— Giống như một vùng nhớ chung
— Mỗi trạm đều chứa một ảnh của bảng dữ liệu toàn cục,
trong đó có toàn bộ dữ liệu cần trao đổi của tất cả các
trạm khác
— Mỗi trạm gửi phần dữ liệu của nó tới tất cả các trạm,
mỗi trạm tự cập nhật ảnh của bảng dữ liệu toàn cục
— Đơn giản, tiền định nhưng kém hiệu quả
— Áp dụng cho lượng dữ liệu nhỏ, tuần hoàn (ví dụ giữa
các trạm điều khiển).
35
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Hỏi tuần tự (Polling, Scanning)
— Một trạm đóng vai trò Master
— Cơ chế hỏi/đáp tuần tự theo trình tự đặt trước
— Đơn giản, tiền định
— Áp dụng cho trao đổi dữ liệu tuần hoàn
Master Slave1 Slave2 Slave3
Message1
Response1
Message2
Response2
Message3
Response3
36
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Tay đôi (Peer-To-Peer)
— Hình thức có liên kết hoặc không liên kết, cấu hình trước
hoặc không cấu hình trước, có xác nhận hoặc không xác
nhận, có yêu cầu hoặc không có yêu cầu
— Linh hoạt nhưng thủ tục có thể phức tạp
— Áp dụng cho trao đổi dữ liệu tuần hoàn hoặc không tuần
hoàn, thích hợp cho tất cả các kiến trúc khác nhau.
Chào/đặt hàng (Subscriber/Publisher)
— Nội dung thông báo được một trạm chủ chào và các trạm
client đặt theo cơ chế tuần hoàn hoặc theo sự kiện
— Thông báo chỉ được gửi tới các trạm đặt (có thể gửi riêng
hoặc gửi đồng loạt)
— Linh hoạt, tiền định, hiệu suất cao
— Áp dụng cho trao đổi dữ liệu tuần hoàn hoặc không tuần
hoàn, thích hợp cho kiến trúc Client/Server hoặc kiến trúc
bình đẳng.
37
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Hộp thư (Mailbox)
— Các trạm sử dụng một môi trường trung gian như files,
một cơ sở dữ liệu hoặc một chương trình server khác để
ghi và đọc dữ liệu
— Mỗi bức thư mang dữ liệu và mã căn cước (nội dung thư
hoặc/và người nhận)
— Gửi và nhận thư có thể diễn ra tại bất cứ thời điểm nào
— Linh hoạt nhưng kém hiệu quả, không đảm bảo tính năng
thời gian thực
— Áp dụng cho trao đổi dữ liệu có tính chất ít quan trọng,
thích hợp cho kiến trúc Client/Server hoặc kiến trúc tự trị.
1
2
1-3 xxxxx yy
2-4 xxxxx zz
3
4
Mailbox
38
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 3: Vấn đề thời gian thực © 2005 - HMS
Tài liệu tham khảo
Hoàng Minh Sơn: “Hệ thời gian thực và điều khiển thời
gian thực”, Tạp chí Tự động hóa ngày nay, số xx/2004.
(file *.pdf có sẵn)
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- Vấn ₫ề thời gian thực.pdf