Lập Trình Cho Hệ Thống Thời Gian Thực: - Xây Dựng Robot Di động Làm ...

Khái niệm về điều khiển thời gian thực:

RTOS( real time operation system ) một hệ điều hành đa nhiệm dành cho các ứng dụng thời gian thực. Như trong các ứng dụng hệ thống nhúng, robotics, điều khiển tự động.

Một hệ thống real-time được hiểu là một hệ thống làm việc với các sự kiện tức thời (real-time). Tuy nhiên, không phải mọi hệ thống đều có thể thực hiện được những quyết định tức thời hay đáp trả lại sự kiện một cách tức thời như chúng ta mong muốn. Khi xây dựng các ứng dụng phần mềm chúng ta luôn mong muốn thời gian trễ để đưa ra một lệnh hay một quyết định là nhỏ nhất, hay khi xây dựng các ứng dụng phần cứng chúng ta lại muốn thời gian đưa ra một tín hiệu đáp trả một sự kiện là phải gần như tức thời, các hệ thống đáp ứng sự kiện bao giờ cũng có một thời gian trễ nhất định. Khái niệm "hệ thống thời gian thực" ở đây được hiểu ngầm như là một hệ thống đáp ứng sự kiện với một thời gian trễ chấp nhận được.

Như vậy, một hệ thời gian thực là một hệ thống mà sự hoạt động tin cậy của nó không chỉ phụ thuộc vào sự chính xác của kết quả, mà còn phụ thuộc vào thời điểm đưa ra kết quả, hệ thống có lỗi khi yêu cầu về thời gian không được thoả mãn.

Hình 42: ví dụ về đáp ứng của hệ thống thời gian thực Một hệ thống thời gian thực có các đặc điểm tiêu biểu sau:

• Tính bị động: Hệ thống phải phản ứng với các sự kiện xuất hiện vào các thời điểm thường không biết trước. Ví dụ, sự vượt ngưỡng của một giá trị đo, sự thay đổi trạng thái của một thiết bị quá trình phải dẫn đến các phản ứng trong bộ điều khiển.

• 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. Tuy tính nhanh nhạy là một đặc điểm tiêu biểu, nhưng một hệ thống có tính năng thời

gian thực không nhất thiết phải có đáp ứng thật nhanh mà quan trọng hơn là phải có phản ứng kịp thời đối với các yêu cầu, tác động bên ngoài.

• Tính đồng thời: Hệ thống phải có khả năng phản ứng và xử lý đồng thời nhiều sự kiện diễn ra. Có thể, cùng một lúc một bộ điều khiển được yêu cầu thực hiện nhiều vòng điều chỉnh, giám sát ngưỡng giá trị nhiều đầu vào, cảnh giới trạng thái làm việc của một số động cơ.

• Tính tiền định: 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. Nếu một bộ điều khiển phải xử lý đồng thời nhiều nhiệm vụ, ta phải tham gia quyết định được về trình tự thực hiện các công việc và đánh giá được thời gian xử lý mỗi công việc. Như vậy người sử dụng mới có cơ sở để đánh giá về khả năng đáp ứng tính thời gian thực của hệ thống.

Xử lý thời gian thực:

Trong các hệ thống điều khiển, khái niệm tác vụ (task) cũng hay được sử dụng bên cạnh quá trình tính toán. Có thể nói, tác vụ là một nhiệm vụ xử lý thông tin trong hệ thống, có thể thực hiện theo cơ chế tuần hoàn hoặc theo sự kiện.

Trong một hệ thống với nhiều đầu vào, và đáp ứng ở đầu ra thì số lượng công việc phải xử lý là khá lớn. Vì vậy ta phải chia khối công việc đó thành nhiều tác vụ nhỏ ( task ) nhỏ hơn đơn giản hơn. Mỗi tác vụ xử lý một công việc nhất định, có thể là quét bàn phím, đọc sensor, điều khiển motor v.v… Tại một thời điểm vi xử lý chỉ thực hiện 1 tác vụ, nhưng với thời gian chuyển đổi rất nhanh giữa các tác vụ ta có thể coi như các tác vụ được thực hiện đồng thời.

Có hai kỹ thuật phổ biến cho lập trình hệ thống đa nhiệm là: trạng thái máy ( state machine ) và lập lịch ( time slicing ).

State machine chia các tác vụ thành các trạng thái ( state ). Tại mỗi thời điểm sẽ xác định 1 trạng thái và chỉ chuyển sang trạng thái khác khi có một điều kiện nào đó xảy ra.

Time Sciling gán cho mỗi tác vụ 1 chu kì thời gian nào đó. Khi thực hiện xong tác vụ này, vi xử lý sẽ chờ để nhảy sang thực hiện tác vụ khác. Các tác vụ cứ thế được thực hiện tuần tự.