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Introduction à linformatique temps réel Shebli Anvar Dapnia - CEA Saclay Jean-Philippe Babau Département Informatique - INSA Lyon Pierre-Yves Duval CPPM.

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1 Introduction à linformatique temps réel Shebli Anvar Dapnia - CEA Saclay Jean-Philippe Babau Département Informatique - INSA Lyon Pierre-Yves Duval CPPM - IN2P3 – CNRS

2 Introduction à l'Informatique Temps Réel - S. Anvar, J.-P. Babau, P.-Y. Duval Types de systèmes informatiques Systèmes transformationnels (calcul scientifique, SGBD) les données sont disponibles au lancement les instants de production des résultats ne sont pas contraints Systèmes interactifs (systèmes transactionnels ou outils bureautiques) les résultats dépendent de données produites par lenvironnement les instants de production respectent des valeurs statistiques Systèmes réactifs ou temps réel résultats entièrement conditionnés par lenvironnement connecté les instants de production dépendent de la dynamique du procédé

3 Introduction à l'Informatique Temps Réel - S. Anvar, J.-P. Babau, P.-Y. Duval Définition (Groupe CNRS sur la problématique temps réel 1988) temps réel évolution dun procédé réagissant Le comportement dun système informatique est qualifié de temps réel lorsquil est assujetti à lévolution dun procédé qui lui est connecté et quil doit piloter ou suivre en réagissant à tous ses changements détat.

4 Introduction à l'Informatique Temps Réel - S. Anvar, J.-P. Babau, P.-Y. Duval Propriétés Fortes interaction avec le procédé IHM inexistant, limité ou particulier Contraintes temporelles période de scrutation, délais Contraintes de coût, despace, de consommation matériel taille mémoire Prédictibilité temps / espace Fiabilité / sûreté image de marque sécurité inaccessibilité

5 Introduction à l'Informatique Temps Réel - S. Anvar, J.-P. Babau, P.-Y. Duval Validité dun programme TR Outre la correction algorithmique le temps intervient dans la validité du programme: le temps de réaction doit être adapté aux événements externes Le programme doit pouvoir fonctionner en continu en maintenant sa capacité à traiter le flux de données dentrée Faute temporelle faute algorithmique exemple: flux audio Au sens strict, « valider » un système temps réel cest démontrer rigoureusement que le système a le comportement spécifié (preuve de programme) Impossible avec les langages habituels

6 Introduction à l'Informatique Temps Réel - S. Anvar, J.-P. Babau, P.-Y. Duval Bogues célèbres Mission Vénus passage à km ( prévu : 5000 ) remplacement dune virgule par un point Avion F16 déclaré « sur le dos » à léquateur erreur de signe Métro de San-Francisco train fantôme Lancement 1ère navette américaine faux départ erreur de synchronisation entre les deux ordinateurs 1er lancement Ariane V explosion en vol problème de communication, pas de test d'intégration Sonde Mars Pathfinder blocage mauvaise politique d ordonnancement Sonde Mars Spirit blocage par reboots intempestifs débogage invasif non inclus dans la spécification

7 Introduction à l'Informatique Temps Réel - S. Anvar, J.-P. Babau, P.-Y. Duval Systèmes dédiés Larchitecture matérielle et logicielle est une composante essentielle du système Larchitecture est adaptée aux besoins spécifiques de lapplication sur critères de: Fiabilité / robustesse Prédictibilité Taille Consommation Coût Dimensionnement particulier du système Compromis matériels et logiciels Système dexploitation par composants

8 Introduction à l'Informatique Temps Réel - S. Anvar, J.-P. Babau, P.-Y. Duval Systèmes complexes Hétérogènes Temps réel / non temps réel Critiques / non critiques Communicants Entités réparties Parallélismes Evolutifs Ajout / suppression / modification pendant la durée de vie Hot plug Adaptatifs Modes durgences, modes dégradés Garanties de QoS différence avec logiciel conventionnel

9 Introduction à l'Informatique Temps Réel - S. Anvar, J.-P. Babau, P.-Y. Duval Par exemple, dans un contrôle de moteur dautomobile on échantillonne plus fréquemment langle de rotation du vilebrequin toutes les µsec que la température du moteur toutes les 10 sec Exemple: régulation / asservissement pour contrôle numérique A / D Entrée de Référence r(t) rkrk ykyk ukuk procédécapteuractionneur y(t)u(t) D / A Loi de contrôle calcul y k, r k sont les valeurs échantillonnées pour k=0,1,2,3 … à la fréquence T fixe qui dépend du procédé et de la loi de contrôle.

10 Introduction à l'Informatique Temps Réel - S. Anvar, J.-P. Babau, P.-Y. Duval Exemple: navigation aérienne Interfaces opérateurs Gestion du vol Contrôle de lespace aérien Calculs détats Calculs détats Régulation du vol Capteurs embarqués Calculs détats actionneurs Données de navigation Capteurs à terre Radars … avions sol Niveau 1 Niveau 0 Niveau 2

11 Introduction à l'Informatique Temps Réel - S. Anvar, J.-P. Babau, P.-Y. Duval Exemple: Multimédia Stockage, transmission & affichage de flux vidéo, audio, image ou graphique ont des contraintes temporelles fortes Cas de limage Standard vidéo 30 img/s (TVHD 60 img/s), téléconférence 10 à 20 MPEG-2 débit en compression selon lapplication de 1,5 à 35 Mb/s MPEG-2 est un très gros consommateur de CPU (surtout en compression) Cas du son De 16 kb/s (téléphone) à 128 kb/s (qualité CD) Loreille est très sensible aux glitchs ou trous de quelques centaines de millisecondes Dans une diffusion son & image la synchronisation des lèvres impose un décalage de moins de 80 ms entre les flux audio et vidéo

12 Introduction à l'Informatique Temps Réel - S. Anvar, J.-P. Babau, P.-Y. Duval Multimédia Les applications multimédia ont donc des spécifications temporelles fortes, particulièrement sur les applications interactives (TV en direct) Compression & transmission des deux flux doivent respecter des contraintes de: synchronisation des flux régularité des flux délai de bout en bout

13 Introduction à l'Informatique Temps Réel - S. Anvar, J.-P. Babau, P.-Y. Duval Définitions Un système est dit embarqué lorsquil est intimement lié à un procédé à contrôler Un système est embarqué est dit enfoui lorsque son fonctionnement interne est peu ou pas du tout accessible Un système est qualifié de temps réel lorsquil est assujetti à des contraintes temporelles explicites Un système est dit concurrent lorsquil est composé de modules pouvant sexécuter en parallèle Un système est dit critique lorsque son cahier des charges nautorise aucune défaillance

14 Introduction à l'Informatique Temps Réel - S. Anvar, J.-P. Babau, P.-Y. Duval Développement de systèmes TR (1) Spécification / modélisation / conception Encore peu répandu: UML, SDL,... approches « maison » Multitâche (LACATRE, chronogrammes, …) Approches synchrones (Esterel, Signal) Codesign (Approches heuristiques, SystemC, …) Programmation Systèmes logiciels sans OS OS temps réel RTOS (VxWorks, LynxOS, …) OS généralistes (NT, Linux, Java, …) OS embarqués (RTX, Windows CE, JavaCard, … ) Langages: ASM, C, C++, Java (technologies objets en expansion) Encore peu de réutilisation

15 Introduction à l'Informatique Temps Réel - S. Anvar, J.-P. Babau, P.-Y. Duval Développement de systèmes TR (2) Communication Bus (VME, CompactPCI) Mémoire partagée, interruptions Réseaux de terrain (CAN, TTP, FIP) Réseaux (socket, TCP/IP) Middleware de communication (Corba TR, ControlHost, Design Patterns) Vérification / validation Ordonnancement, logique temporelle Approches synchrones (Esterel, Signal)


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