Zum Hauptinhalt springen Skip to page footer
btitechnology btitechnology

Echtzeitsysteme Komponenten und Funktionsweise

Begriffsdefinitionen; Aufbau, Komponenten und Funktionsweise von Echtzeitsystemen; besondere Anforderungen an Echtzeitsysteme und die Software in Echtzeitsystemen; Methoden für den Entwurf von Echtzeitsystemen; Werkzeuge zur Implementierung und zum Test von Echtzeitsystemen/Echtzeitsoftware; Beispiele typischer Echtzeitsysteme; Entwurf und Implementierung eines einfachen Echtzeitsystems. Eingebettere Systeme und Embedded Systems.

Echtzeitsysteme (engl. Real-time systems) sind Computersysteme, die auf bestimmte Ereignisse oder Anfragen innerhalb einer bestimmten Zeitspanne reagieren müssen. Echtzeitsysteme finden sich in vielen Anwendungsbereichen, z.B. in der Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrttechnik, Telekommunikation, medizinischen Geräten und Industriesteuerungen.

Die Komponenten eines Echtzeitsystems sind:

  1. Sensorik: Sensoren erfassen Daten aus der Umgebung und liefern sie an das Echtzeitsystem.

  2. Aktorik: Aktoren führen Aktionen auf Basis der vom Echtzeitsystem berechneten Steuersignale aus.

  3. Steuerung: Die Steuerung ist das zentrale Element des Echtzeitsystems. Sie sammelt Daten von den Sensoren, verarbeitet sie und sendet Steuersignale an die Aktoren. Die Steuerung besteht aus einem oder mehreren Prozessoren, die in Echtzeit arbeiten müssen.

  4. Echtzeit-Betriebssystem: Ein Echtzeit-Betriebssystem (RTOS) ist ein spezielles Betriebssystem, das auf die Anforderungen von Echtzeitsystemen zugeschnitten ist. Es gewährleistet, dass kritische Aufgaben innerhalb der erforderlichen Zeitspanne ausgeführt werden.

Die Funktionsweise eines Echtzeitsystems basiert auf der Einhaltung von Echtzeitbedingungen. Diese Bedingungen stellen sicher, dass das Echtzeitsystem innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne auf Ereignisse reagiert. Echtzeitsysteme können in zwei Kategorien unterteilt werden: harte und weiche Echtzeitsysteme.

Harte Echtzeitsysteme erfordern, dass eine Aufgabe innerhalb eines vorgegebenen Zeitrahmens ausgeführt wird. Wenn eine Aufgabe nicht innerhalb des vorgegebenen Zeitrahmens ausgeführt wird, kann dies zu schwerwiegenden Problemen führen. Beispiele für harte Echtzeitsysteme sind Luftverkehrsleitsysteme und medizinische Geräte.

Weiche Echtzeitsysteme erfordern, dass eine Aufgabe innerhalb einer bestimmten Zeitspanne ausgeführt wird. Eine Verzögerung bei der Ausführung hat keinen Einfluss auf die Systemintegrität. Beispiele für weiche Echtzeitsysteme sind Multimediageräte und Spielekonsolen.

Um sicherzustellen, dass Echtzeitsysteme ihre Aufgaben innerhalb der erforderlichen Zeitrahmen ausführen, werden verschiedene Techniken und Algorithmen eingesetzt. Dazu gehören:

  1. Prioritätsbasierte Scheduling: Eine Priorität wird jedem Task zugewiesen, um zu entscheiden, welcher Task als nächstes ausgeführt werden soll.

  2. Periodische Ausführung: Tasks werden periodisch ausgeführt, um sicherzustellen, dass sie innerhalb der erforderlichen Zeitrahmen ausgeführt werden.

  3. Interrupt-Handler: Interrupt-Handler werden verwendet, um auf Ereignisse zu reagieren, die außerhalb des normalen Ausführungspfads auftreten.

  4. Deadlines: Jeder Task muss innerhalb einer vorgegebenen Deadline ausgeführt werden, um sicherzustellen, dass das System korrekt funktioniert

EMBEDDED SYSTEMS

Embedded Systems sind Computersysteme, die in anderen Geräten oder Anwendungen eingebettet sind, um spezifische Funktionen auszuführen. Sie sind in einer Vielzahl von Produkten zu finden, von Haushaltsgeräten und Fahrzeugen bis hin zu medizinischen Geräten und Flugzeugen.

Embedded Systems sind darauf ausgelegt, eine begrenzte Anzahl von Funktionen auszuführen und sind in der Regel auf spezielle Aufgaben zugeschnitten. Sie sind oft energieeffizient und haben eine geringe Größe und ein geringes Gewicht, was sie ideal für den Einsatz in tragbaren Geräten macht.

Ein weiterer wichtiger Aspekt von Embedded Systems ist ihre Zuverlässigkeit. Da sie in vielen Fällen in sicherheitskritischen Anwendungen eingesetzt werden, müssen sie eine hohe Fehlertoleranz aufweisen und in der Lage sein, auf unerwartete Situationen zu reagieren. Ein Beispiel hierfür sind die Airbags in Autos, die in Bruchteilen von Sekunden aktiviert werden müssen, um den Insassen zu schützen.

Embedded Systems werden oft mit speziellen Chips oder Mikrocontrollern gebaut, die speziell für den Einsatz in diesen Systemen entwickelt wurden. Diese Chips sind in der Regel auf spezielle Aufgaben zugeschnitten und bieten eine Kombination aus geringem Stromverbrauch, hoher Leistung und geringen Kosten.

Die Entwicklung von Embedded Systems erfordert spezielle Kenntnisse und Fähigkeiten in Bereichen wie Elektronik, Softwareentwicklung und Systemdesign. Es ist auch wichtig, die spezifischen Anforderungen des Produkts oder der Anwendung zu verstehen, in das das Embedded System eingebettet wird.

In der heutigen Welt sind Embedded Systems allgegenwärtig und spielen eine wichtige Rolle in der Automatisierung, Überwachung und Steuerung von Prozessen und Systemen. Sie sind ein wichtiger Bestandteil von Industrie 4.0, dem Internet der Dinge und anderen Technologietrends, die die Art und Weise verändern, wie wir mit der Welt um uns herum interagieren.

Downloads:

Hinweis:

Trotz sorgfältiger inhaltlicher Kontrolle übernehme ich keine Haftung für die Inhalte und deren Richtigkeit.