Ibrahim

• Temps réel


  Tout système qui a une réponse déterministe à un événement donné
• Système défaillant


  Système qui ne répond pas à une exigence de synchronisation
• Les exigences en temps réel peuvent varier considérablement, à la fois dans la vitesse de l'exigence de synchronisation et la gravité des conséquences si les délais en temps réel requis ne sont pas respectés
• MCU lisant l'ADC


  1. L'ADC affirme une ligne matérielle, signalant qu'une conversion a été effectuée et qu'elle est prête pour que le MCU transfère la lecture dans sa mémoire interne

  2. Le MCU qui lit le CAN a jusqu'à 20 ms pour transférer les données du CAN à la mémoire interne avant qu'une nouvelle lecture ne soit effectuée

  3. Le MCU doit également exécuter l'algorithme de contrôle pour calculer les valeurs actualisées de la sortie du chauffage à 5 Hz (200 ms)
• Moyens de garantir un comportement en temps réel

  • Résister à l'envie de trop compliquer une tâche simple
  • Faire en sorte que le système soit aussi simple que possible tout en répondant aux exigences
• Types de systèmes en temps réel

  • Matériel
  • Micrologiciel de type "bare-metal"
  • Micrologiciel basé sur un RTOS
  • Logiciel basé sur un RTOS
• Systèmes en temps réel basés sur le matériel


  • Effectuer des opérations en parallèle et instantanément
  • Consommer moins d'énergie qu'une solution basée sur un MCU
• Inconvénients du matériel en temps réel

  • Manque de flexibilité des dispositifs non programmables
  • Expertise requise généralement moins disponible que celle des développeurs de logiciels/micrologiciels
  • Coût élevé des dispositifs programmables complets
  • Coût élevé du développement d'un ASIC personnalisé
• Micrologiciel de type "bare-metal"


  • Le code de l'utilisateur a le contrôle total de tous les aspects du matériel
  • Le seul moyen d'interrompre l'exécution du code de la boucle principale est de déclencher une interruption
• Micrologiciel basé sur un RTOS

  • L'introduction de l'ordonnanceur et de certains primitifs RTOS permet aux tâches de fonctionner avec l'illusion qu'elles ont le processeur pour elles-mêmes
  • L'utilisation d'un RTOS permet au système de rester réactif aux événements les plus importants tout en exécutant d'autres tâches complexes en arrière-plan
  • Des interdépendances peuvent apparaître entre les tâches qui partagent des données, ce qui peut entraîner le blocage inattendu d'une tâche
• Logiciels basés sur un RTOS

  • Plus de cœurs de processeurs disponibles fonctionnant à des fréquences d'horloge plus élevées
  • Gigaoctets de mémoire vive (RAM) et de mémoire persistante disponibles
  • Ajout de matériel périphérique peut être aussi simple que l'ajout d'une carte
  • Multitude de solutions open source et propriétaires pour les piles de réseaux, le développement d'interfaces utilisateur, la gestion des fichiers, etc.
  • Le noyau est toujours implémenté de manière à ce que les tâches critiques ne soient pas bloquées pendant une période de temps indéfinie
• RTOS


  Système d'exploitation qui fournit au programmeur d'applications de nombreuses primitives différentes (telles que les threads et les mutex) qui peuvent être utilisées pour créer des programmes en temps réel
• Logiciels pour les piles de réseaux, le développement d'interfaces utilisateur, la gestion des fichiers, etc.


  • Solutions open source
  • Solutions propriétaires
• Sous toutes ces capacités et options, le noyau est toujours implémenté de manière à ce que les tâches critiques ne soient pas bloquées pendant une période de temps indéfinie, ce qui est possible avec un système d'exploitation traditionnel
• Il est toujours possible d'obtenir des performances déterministes, tout comme avec un microprogramme RTOS
• Système d'exploitation


  Fournit un environnement de programmation cohérent qui fait abstraction du matériel sous-jacent afin de faciliter l'écriture et la maintenance des programmes informatiques
• Primitives fournies aux programmeurs d'applications

  • Threads
  • Mutex
• Programme multithread avec accès protégé à des données partagées

  1. Création de threads

  2. Utilisation de mutex

  
• Avantages d'utiliser les primitives du système d'exploitation


  • Code de l'application moins complexe
  • Plus facile à comprendre
  • Mêmes primitives utilisées quel que soit le programmeur
  • Meilleure portabilité du matériel
• Système en temps réel dur


  Doit respecter son délai 100% du temps, sinon considéré comme un échec
• Systèmes en temps réel dur

  • Dispositifs médicaux (stimulateurs cardiaques)
  • Systèmes de contrôle avec paramètres contrôlés de manière extrêmement stricte
• Système en temps réel ferme


  Doit respecter ses délais presque tout le temps
• Système en temps réel souple

  Offre une promesse de meilleur effort pour respecter les délais
• Système en temps réel souple

  • Régulateur de vitesse d'une voiture
• Gamme de RTOS


  • RTOS 8-32 bits axés sur les MCU (FreeRTOS, Keil RTX, Micrium μC, ThreadX, etc.)
  • RTOS pour processeurs d'application 32 et 64 bits (Wind River VxWorks, Wind River Linux, Integrity OS de Green Hills, Linux avec PREEMPT_RT)
• FreeRTOS est l'une des implémentations de RTOS les plus populaires pour les MCU et est très largement disponible
• FreeRTOS existe depuis plus de 15 ans et a été porté sur des dizaines de plateformes
• En se concentrant sur FreeRTOS, on sera bien placé pour migrer rapidement sa connaissance vers d'autres matériels ou pour passer à un autre RTOS si nécessaire
• CEG4566/CSI4541/SEG4545 est le code du cours "Conception de systèmes informatiques en temps réel"

  
• Le cours est donné en hiver 2024
• Le professeur est Mohamed Ali Ibrahim, ing., Ph.D.
• Super-boucle


  Boucle infinie dans laquelle des fonctions sont appelées de manière séquentielle

  
• Réaliser des opérations parallèles avec des super-boucles

  1. Utiliser les interruptions

  2. Utiliser le DMA (contrôleur d'accès direct à la mémoire)

  
• Sujets abordés


  • Introduction à la programmation en super-boucles
  • Réaliser des opérations parallèles avec des super-boucles
  • Comparaison entre les tâches RTOS et les super-boucles
  • Réaliser des opérations parallèles avec des tâches RTOS
  • Tâches RTOS et super boucles - avantages et inconvénients

  
• Caractéristiques des super-boucles


  • Elles n'ont pas de point de sortie
  • Le code intégré est généralement censé être toujours disponible
• Exemple de super-boucle


  • void main ( void )
  • while(1)
  • {
  • func1() ;
  • func2() ;
  • func3() ;
  • //font des choses utiles, mais ne renvoient rien
  • //(sinon, où irions-nous... que ferions-nous... ?!)
  • }
• Limites des super-boucles


  • Tout retard introduit par une fonction se propage à la fonction suivante
  • La fréquence à laquelle les événements externes sont vérifiés dépend du temps d'exécution des fonctions
  • Risque de gigue (différence de temps non constante) dans la détection des événements

  
• Déterminisme


  Capacité d'un système à répondre de manière fiable à un événement dans un délai spécifié
• Interruptions


  Signaux envoyés au microcontrôleur pour l'informer d'un événement et le faire passer à une routine de service d'interruption (ISR)
• Caractéristiques des ISR


  • Elles doivent être les plus courtes possible pour minimiser le temps passé dans l'interruption
  • Elles peuvent être imbriquées et avoir des priorités différentes