Echtzeitsysteme: Grundlagen der Planung
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin
Springer Vieweg
[2020]
|
| Ausgabe: | 2., erweiterte und überarbeitete Auflage |
| Schriftenreihe: | Lehrbuch
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XIV, 388 Seiten Diagramme 24 cm x 16.8 cm, 677 g |
| ISBN: | 9783662604205 3662604205 |
Internformat
MARC
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INHALTSVERZEICHNIS
1
EINFUEHRUNG
.
1
1.1
MERKMALE
VON
ECHTZEITSYSTEMEN
.
2
1.1.1
HARTE
UND
WEICHE
ECHTZEIT
.
3
1.1.2
SICHERHEIT
UND
ZUVERLAESSIGKEIT
.
5
1.1.3
DETERMINIERTHEIT
UND
VORHERSAGBARKEIT
.
6
1.2
GRUNDMODELL
EINES
ECHTZEITSYSTEMS
.
6
1.2.1
PARADIGMATISCHE
BEISPIELE
.
7
1.2.2
AKTIONEN
UND
AKTEURE
.
12
1.2.3
EINGEBETTETE
SYSTEME
.
15
1.2.4
CYBER-PHYSIKALISCHE
SYSTEME
.
17
1.3
PROZESSE
.
19
1.3.1
DATENFLUSSDIAGRAMME
.
20
1.3.2
REGELUNGSTECHNIK
.
22
1.4
ECHT
UND
ZEIT
.
24
1.4.1
SCHNELLIGKEIT
UND
RECHTZEITIGKEIT
.
25
1.4.2
ZEIT
AUF
DEM
RECHENSYSTEM
.
28
1.4.3
DISKRETISIERUNG
UND
DRIFT
.
31
1.4.4
ECHTZEIT
.
32
1.5
ECHTZEITSYSTEME
IN
DER
PRAXIS
.
34
1.5.1
ANWENDUNGEN
FUER
DIE
LEHRE
.
34
1.5.2
GROSSTECHNISCHE
ANWENDUNGEN
.
36
1.5.3
AUTOMOTIVE
ANWENDUNGEN
.
39
1.5.4
ANWENDUNGEN
IN
DER
AVIONIK
.
44
1.5.5
MULTIMEDIA
NETZWERKE
.
44
1.6
KONVENTIONEN
UND
NOTATIONEN
.
47
LITERATUR
.
48
XI
XII
INHALTSVERZEICHNIS
2
METHODISCHE
UND
TECHNISCHE
GRUNDLAGEN
.
53
2.1
UEBERBLICK
UEBER
DIE
ECHTZEITPLANUNG
.
54
2.1.1
PROZESSMODELLE
.
54
2.1.2
PROZESSPARAMETER
.
57
2.1.3
PERIODISCHE
PROZESSE
.
59
2.1.4
DER
PLAN
.
60
2.1.5
VERFAHREN
DER
ECHTZEITPLANUNG
.
62
2.1.6
KATEGORISIERUNG
DER
VERFAHREN
ZUR
ECHTZEITPLANUNG
.
64
2.2
ZEITEN
UND
UHREN
.
73
2.2.1
BETRACHTUNGEN
ZUR
ZEIT
.
73
2.2.2
DIE
PHYSIKALISCHE
ZEIT
.
75
2.2.3
DIE
ERFASSUNG
DER
ZEIT
.
81
2.2.4
UHRZEIT
UND
WECKZEIT
.
88
2.2.5
KALKUELE
DER
ZEIT
.
97
2.3
BESTIMMUNG
DER
PROZESSPARAMETER
.
103
2.3.1
ABSCHAETZUNG
DER
AUSFUEHRUNGSZEIT
.
103
2.3.2
ABLEITUNG
VON
ZEITBEDINGUNGEN
.
114
2.4
PARALLELITAET
UND
SYNCHRONISIERUNG
.
126
2.4.1
PARALLELE
PROGRAMME
UND
KONSISTENZ
DER
DATEN
.
126
2.4.2
ELEMENTARE
SYNCHRONISIERUNGSOPERATIONEN
.
131
2.4.3
HOEHERE
SYNCHRONISIERUNGSOPERATIONEN
.
135
2.4.4
PARALLELITAET
BEI
MEHRPROZESSORSYSTEMEN
.
138
2.4.5
MIGRATION
VON
PROZESSEN
BEI
MEHRPROZESSORSYSTEMEN
.
140
2.5
VERTEILTE
ECHTZEITSYSTEME
.
142
2.5.1
ANFORDERUNGEN
AN
VERTEILTE
ECHTZEITSYSTEME
.
142
2.5.2
AUFBAUPRINZIPEN
VON
RECHNERNETZEN
.
146
2.5.3
ZUGRIFFSPROTOKOLLE
MIT
ORGINAEREN
ECHTZEITEIGENSCHAFTEN
.
149
2.5.4
STANDARD-ZUGRIFFSPROTOKOLLE
ERWEITERT
UM
ECHTZEITEIGENSCHAFTEN
.
159
2.5.5
ZUGRIFFSPROTOKOLLE
FUER
DIE
DRAHTLOSE
KOMMUNIKATION
.
163
2.5.6
SYNCHRONISIERUNG
VON
UHREN
.
167
2.5.7
MODELLBILDUNG
BEI
VERTEILTEN
ECHTZEITSYSTEMEN
.
170
2.5.8
HOLISTISCHE
PLANUNG
BEI
RECHNEMETZEN
.
173
LITERATUR
.
175
3
GRUNDLEGENDE
PLANUNGSVERFAHREN
.
181
3.1
PLANEN
DURCH
SUCHEN
.
182
3.1.1
PLANEN
MITTELS
TIEFENSUCHE
.
182
3.1.2
AUFWAND
DES
PLANENS
DURCH
SUCHEN
.
187
3.2
PLANEN
BEI
DYNAMISCHEN
PRIORITAETEN
.
190
3.2.1
PLANEN
NACH
FRISTEN
.
190
3.2.2
PLANEN
NACH
FRISTEN
FUER
NICHT
UNTERBRECHBARE
PROZESSE
.
190
INHALTSVERZEICHNIS
XIII
3.2.3
PLANEN
NACH
FRISTEN
FUER
UNTERBRECHBARE
PROZESSE
.
192
3.2.4
PLANEN
NACH
FRISTEN
FUER
PERIODISCHE
UNTERBRECHBARE
PROZESSE
.
194
3.2.5
PLANEN
NACH
SPIELRAEUMEN
FUER
NICHT
UNTERBRECHBARE
PROZESSE
.
198
3.2.6
PLANEN
NACH
SPIELRAEUMEN
FUER
UNTERBRECHBARE
PROZESSE
.
200
3.3
PLANEN
BEI
STATISCHEN
PRIORITAETEN
.
203
3.3.1
PLANEN
NACH
FESTEN
PRIORITAETEN
.
203
3.3.2
PLANEN
NACH
MONOTONEN
RATEN
.
205
3.3.3
HYPERBOLISCHE
SCHRANKE
BEIM
PLANEN
NACH
MONOTONEN
RATEN
.
213
3.3.4
BEDARF
AN
AUSFUEHRUNGSZEIT
.
217
3.3.5
UEBERSICHT
ZUR
PRUEFUNG
DER
BRAUCHBARKEIT
BEI
MONOTONEN
RATEN
.
221
3.3.6
PLANEN
NACH
MONOTONEN
FRISTEN
.
221
3.4
HETEROGENE
PROZESSMENGEN
.
224
3.4.1
PLANUNGSKONZEPTE
FUER
HETEROGENE
PROZESSMENGEN
.
225
3.4.2
VERPLANUNG
HETEROGENER
PROZESSMENGEN
BEI
DYNAMISCHEN
PRIORITAETEN
.
226
3.4.3
VERPLANUNG
HETEROGENER
PROZESSMENGEN
BEI
STATISCHEN
PRIORITAETEN
.
236
3.5
ZYKLISCHE
PLANUNGSVERFAHREN
.
239
3.5.1
STRUKTUR
DER
PROZESSAUSFUEHRUNG
.
239
3.5.2
FREIHEITSGRADE
BEIM
ZYKLISCHEN
PLANUNGSVERFAHREN
.
241
3.5.3
BEWERTUNG
DES
ANSATZES
.
243
3.6 VERGLEICH
DER
PLANUNGSVERFAHREN
.
245
3.6.1
AUSLASTUNG
.
246
3.6.2
IMPLEMENTIERUNG
.
247
3.6.3
UNTERBRECHUNGSBEHANDLUNG
.
248
3.6.4
FRISTVERLETZUNG
.
250
LITERATUR
.
251
4
FORTGESCHRITTENE
PLANUNGSVERFAHREN
.
255
4.1
PLANUNG
SYNCHRONISIERTER
PROZESSE
.
256
4.1.1
PRIORITAETSUMKEHR
.
256
4.1.2
PRIORITAETSVERERBUNG
.
260
4.1.3
PRIORITAETSOBERGRENZEN
.
267
4.2
PLANUNG
BEI
MEHRPROZESSORSYSTEMEN
.
273
4.2.1
PLANUNGSVERFAHREN
ABHAENGIG
VON
DER
MIGRATION
DER
PROZESSE
.
274
4.2.2
OPTIMALITAET
PROPORTIONAL
FAIRER
PLANUNGSVERFAHREN
.
277
4.2.3
ARBEITSWEISE
PROPORTIONAL
FAIRER
PLANUNGSVERFAHREN
.
284
4.3
PLANUNG
IN
VERTEILTEN
ECHTZEITSYSTEMEN
.
289
4.3.1
KRITERIEN
DER
VERGLEICHBARKEIT
VON
ZUGRIFFSPROTOKOLLEN
.
290
4.3.2
ZEITGESTEUERTE
ZUGRIFFSPROTOKOLLE
(A
UND
D)
.
293
XIV
INHALTSVERZEICHNIS
4.3.3
ARBITRIERENDE
ZUGRIFFSPROTOKOLLE
(B)
.
296
4.3.4
MARKENGESTEUERTE
ZUGRIFFSPROTOKOLLE
(C)
.
304
4.3.5
RECHNERNETZE
AUS
END-
UND
UEBERTRAGUNGSKNOTEN
(E)
.
313
LITERATUR
.
330
LOESUNGEN
DER
AUFGABEN
.
333
STICHWORTVERZEICHNIS
.
381
1 Einführung. 1.1 Merkmale von Echtzeitsystemen. 1.1.1 Harte und weiche Echtzeit. 1.1.2 Sicherheit und Zuverlässigkeit. 1.1.3 Determiniertheit und Vorhersagbarkeit. 1.2 Grundmodell eines Echtzeitsystems. 1.2.1 Paradigmatische Beispiele. 1.2.2 Aktionen und Akteure. 1.2.3 Eingebettete Systeme. 1.2.4 Cyber-physikalische Systeme. 1.3 Prozesse. 1.3.1 Datenflussdiagramme. 1.3.2 Regelungstechnik. 1.4 Echt und Zeit. 1.4.1 Schnelligkeit und Rechtzeitigkeit. 1.4.2 Zeit auf dem
Rechensystem. 1.4.3 Diskretisierung und Drift. 1.4.4 Echtzeit. 1.5 Echtzeitsysteme in der Praxis. 1.5.1 Anwendungen für die Lehre. 1.5.2 Großtechnische Anwendungen. 1.5.3 Automotive Anwendungen. 1.5.4 Anwendungen in der Avionik. 1.5.5 Multimedia Netzwerke. 1.6 Konventionen und Notationen. Literatur. 1 2 3 5 6 6 7 12 15 17 19 20 22 24 25 28 31 32 34 34 36 39 44 44 47 48 XI
XII Inhaltsverzeichnis 2 Methodische und technische Grundlagen. 2.1 Überblick über die Echtzeitplanung. 2.1.1 Prozessmodelle. 2.1.2 Prozessparameter. 2.1.3 Periodische Prozesse. 2.1.4 Der Plan. 2.1.5 Verfahren der Echtzeitplanung. 2.1.6 Kategorisierung der Verfahren zur Echtzeitplanung. 2.2 Zeiten und Uhren. 2.2.1 Betrachtungen zur Zeit. 2.2.2 Die physikalische Zeit. 2.2.3 Die Erfassung der Zeit. 2.2.4 Uhrzeit und Weckzeit. 2.2.5 Kalküle der Zeit. 2.3 Bestimmung der Prozessparameter. 2.3.1 Abschätzung der Ausführungszeit. 2.3.2 Ableitung von
Zeitbedingungen. 2.4 Parallelität und Synchronisierung. 2.4.1 Parallele Programme und Konsistenz der Daten. 2.4.2 Elementare Synchronisierungsoperationen. 2.4.3 Höhere Synchronisierungsoperationen. 2.4.4 Parallelität bei Mehrprozessorsystemen. 2.4.5 Migration von Prozessen bei Mehrprozessorsystemen. 2.5 Verteilte Echtzeitsysteme. 2.5.1 Anforderungen an verteilte Echtzeitsysteme. 2.5.2 Aufbauprinzipen von Rechnernetzen. 2.5.3 Zugriffsprotokolle mit orginären Echtzeiteigenschaften. 2.5.4 Standard-Zugriffsprotokolle erweitert um Echtzeiteigenschaften. 2.5.5 Zugriffsprotokolle für die drahtlose Kommunikation. 2.5.6 Synchronisierung von Uhren. 2.5.7 Modellbildung bei verteilten Echtzeitsystemen. 2.5.8 Holistische Planung bei Rechnernetzen. Literatur. 53 54 54 57 59 60 62 64 73 73 75 81 88 97 103 103 114 126 126 131 135 138
140 142 142 146 149 3 181 182 182 187 190 190 190 Grundlegende Planungsverfahren. 3.1 Planen durch Suchen. 3.1.1 Planen mittels Tiefensuche. 3.1.2 Aufwand des Planens durch Suchen. 3.2 Planen bei dynamischen Prioritäten. 3.2.1 Planen nach Fristen. 3.2.2 Planen nach Fristen für nicht unterbrechbare Prozesse. 159 163 167 170 173 175 Inhaltsverzeichnis XIII 3.2.3 Planen nach Fristen für unterbrechbare Prozesse. 3.2.4 Planen nach Fristen für periodische unterbrechbare Prozesse. 3.2.5 Planen nach Spielräumen für nicht unterbrechbare Prozesse. 3.2.6 Planen nach Spielräumen für unterbrechbare Prozesse. 3.3 Planen bei statischen Prioritäten. 3.3.1 Planen nach festen Prioritäten. 3.3.2 Planen nach monotonen Raten. 3.3.3 Hyperbolische Schranke beim Planen nach monotonen Raten. 3.3.4 Bedarf an Ausführungszeit. 3.3.5 Übersicht zur
Prüfung der Brauchbarkeit bei monotonen Raten. 3.3.6 Planen nach monotonen Fristen. 3.4 Heterogene Prozessmengen. 3.4.1 Planungskonzepte für heterogene Prozessmengen. 3.4.2 Verplanung heterogener Prozessmengen bei dynamischen Prioritäten. 3.4.3 Verplanung heterogener Prozessmengen bei statischen Prioritäten. 3.5 Zyklische Planungsverfahren. 3.5.1 Struktur der Prozessausführung. 3.5.2 Freiheitsgrade beim zyklischen Planungsverfahren. 3.5.3 Bewertung des Ansatzes. 3.6 Vergleich der Planungsverfahren. 3.6.1 Auslastung. 3.6.2 Implementierung. 3.6.3 Unterbrechungsbehandlung. 3.6.4 Fristverletzung.
Literatur. 192 194 198 200 203 203 205 4 Fortgeschrittene Planungsverfahren. 4.1 Planung synchronisierter Prozesse. 4.1.1 Prioritätsumkehr. 4.1.2 Prioritätsvererbung. 4.1.3 Prioritätsobergrenzen. 4.2 Planung bei Mehrprozessorsystemen. 4.2.1 Planungsverfahren abhängig von der Migration der Prozesse. 4.2.2 Optimalität proportional fairer Planungsverfahren. 4.2.3 Arbeitsweise proportional fairer Planungsverfahren. 4.3 Planung in verteilten Echtzeitsystemen. 4.3.1 Kriterien der Vergleichbarkeit von Zugriffsprotokollen. 4.3.2 Zeitgesteuerte Zugriffsprotokolle (A und D). 255 256 256 260 267 273 274 277 284 289 290 293 213 217 221 221 224 225 226 236 239 239 241 243 245 246 247 248 250 251
XIV Inhaltsverzeichnis 4.3.3 Arbi trierende Zugriftsprotokolle (В). 4.3.4 Markengesteuerte Zugriffsprotokolle (C). 4.3.5 Rechnemetze aus End- und Übertragungsknoten (E). Literatur. 296 304 313 330 Lösungen der Aufgaben. 333 Stichwortverzeichnis. 381 |
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