Система реального времени (СРВ) — система, которая должна реагировать на события во внешней, по отношению к системе, среде или воздействовать на среду в рамках требуемых временных ограничений. Оксфордский словарь английского языка говорит об СРВ как о системе, для которой важно время получения результата. Другими словами, обработка информации системой должна производиться за определённый конечный период времени, чтобы поддерживать постоянное и своевременное взаимодействие со средой. При этом масштаб времени контролирующей системы и контролируемой ею среды должен совпадать.
Под реальным временем понимается количественная характеристика, которая может быть измерена реальными физическими часами, в отличие от логического времени, определяющего лишь качественную характеристику, выражаемую относительным порядком следования событий. Говорят, что система работает в режиме реального времени, если для описания работы этой системы требуются количественные временны́е характеристики.
Характеристики систем реального времени Процессы (задачи) систем реального времени могут иметь следующие характеристики и связанные с ними ограничения: дедлайн () — критический срок обслуживания, предельный срок завершения какой-либо работы; латентность () — время отклика (время задержки) системы на внешние события; джиттер () — разброс значений времени отклика. Можно различить джиттер запуска () — период времени от готовности к исполнению до начала собственно исполнения задачи и джиттер вывода () — задержка по окончании выполнения задачи. Джиттер может возникать под влиянием других одновременно исполняемых задач.
В моделях систем реального времени могут фигурировать и другие параметры, например, период и количество итераций (для периодических процессов), нагрузка () — количество команд процессора в худшем случае.
В зависимости от допустимых нарушений временных ограничений системы реального времени можно поделить на системы жёсткого реального времени (), для которых нарушения равнозначны отказу системы, и системы мягкого реального времени (), нарушения характеристик которых приводят лишь к снижению качества работы системы. См. также: вычисления в реальном времени. Также можно рассматривать твёрдые системы реального времени (), в которых допускается небольшое нарушение дедлайнов, но бо́льшее нарушение может привести к катастрофическому отказу системы.
Следует заметить, что определение жёсткого реального времени ничего не говорит об абсолютном значении времени отклика: это могут быть как миллисекунды, так и недели. Требования к системам мягкого реального времени можно задать только в вероятностных терминах, например, как процент откликов, выданных в установленные временны́е рамки. Интересно, что при проектировании предварительные расчёты легче выполнить для системы жёсткого реального времени, чем получить, например, долю выполняемых в срок задач в системе мягкого реального времени, поэтому разработчики таких систем часто пользуются инструментами и методиками для проектирования систем жёсткого реального времени.
События реального времени События реального времени могут относиться к одной из трёх категорий: Асинхронные события — полностью непредсказуемые события. Например, вызов абонента телефонной станции. Синхронные события — предсказуемые события, случающиеся с определённой регулярностью. Например, вывод аудио и видео. Изохронные события — регулярные события (разновидность асинхронных), случающиеся в течение интервала времени. Например, в мультимедийном приложении данные аудиопотока должны прийти за время прихода соответствующей части потока видео.
Применение систем реального времени С развитием технологий системы реального времени нашли применения в самых различных областях. Особенно широко СРВ применяются в промышленности, включая системы управления технологическими процессами, системы промышленной автоматики, SCADA-системы, испытательное и измерительное оборудование, робототехнику. Применения в медицине включают в себя томографию, оборудование для радиотерапии, прикроватное мониторирование. СРВ встроены в периферийные устройства компьютеров, телекоммуникационное оборудование и бытовую технику, такую как лазерные принтеры, сканеры, цифровые камеры, кабельные модемы, маршрутизаторы, системы для видеоконференций и интернет-телефонии, мобильные телефоны, микроволновые печи, музыкальные центры, кондиционеры, системы безопасности. На транспорте СРВ применяются в бортовых компьютерах, системах регулирования уличного движения, управлении воздушного движения, аэрокосмической технике, системе бронирования билетов и т. п. СРВ находят применения и в военной технике: системах наведения ракет, противоракетных системах, системах спутникового слежения.
Примеры Примеры систем, работающих в режиме реального времени: АСУ ТП химического или ядерного реактора; АСУ теплоэлектростанцией; бортовые системы управления пилотируемыми или беспилотными летательными аппаратами; бортовые системы управления пилотируемыми или беспилотными космическими аппаратами; автомобилями, кораблями, судами, торпедами, бытовой техникой; АСНИ в области ядерной физики; система обработки аудио- и видеопотоков при трансляции в прямом эфире; интерактивная компьютерная игра.
Проблемы При создании систем реального времени приходится решать проблемы привязки внутрисистемных событий к моментам времени, своевременного захвата и освобождения системных ресурсов, синхронизации вычислительных процессов, буферизации потоков данных и т. п. Системы реального времени обычно используют специализированное оборудование (например, ARM Cortex-R) и программное обеспечение (например, операционные системы реального времени).
См. также Операционная система реального времени Вычисления в реальном времени База данных реального времени Часы реального времени
Примечания
Литература Гаричев С. Н., Ерёмин Н. А. Технология управления в режиме реального времени : в 2 ч.: учеб. пос. для вузов : Ч. 1. на англ. языке. — М.: МФТИ, 2013 .— 227 с. : ил. — Библиогр. в конце глав. — Перевод изд.: Technology of Management in Real Time / Sergei N. Garichev, Nikolai А. Eremin. — 300 экз. — ISBN 978-5-7417-0503-2. Ч. 1: — М. : МФТИ, 2015. — 196 с. : ил. + pdf-версия. — Библиогр.: с. 195. — 100 экз. — ISBN 978-5-7417-0563-6. Ч. 2 : на англ. языке. — М. : МФТИ, 2013 .— 167 с. : ил. — Библиогр. в конце глав. — Перевод изд.: Technology of management in Real Time / Sergei N. Garichev, Nikolai А. Eremin. — 300 экз. — ISBN 978-5-7417-0505-6. Ч. 2. — М. : МФТИ, 2015 .— 312 с. : ил. + pdf-версия. — Библиогр.: с. 311. — 100 экз. — ISBN 978-5-7417-0572-8.
Категория:Системы реального времени