book

Moderne Realzeitsysteme kompakt

by Jürgen Quade, Michael Mächtel

October 2012

Intermediate to advanced

284 pages

7h 5m

German

dpunkt

Read now

Unlock full access

ScopeAufbau des BuchesEmbedded Linux
2.1 Zentrale Beschreibungsgrößen2.1.1 Beschreibungsgrößen des technischen ProzessesRechenzeitanforderungReleasetimeProzesszeitZulässige Reaktionszeit (Deadline)Phase2.1.2 Beschreibungsgrößen der RechenprozesseAusführungszeitAbschätzung der Best Case Execution Time (BCET)Abschätzung der Worst Case Execution Time (WCET)Reaktionszeit2.1.3 Beschreibungsgrößen der Systemsoftware2.2 Realzeitbedingungen2.2.1 Gleichzeitigkeit und Auslastung2.2.2 Rechtzeitigkeit2.2.3 Harte und weiche Realzeit2.3 Systemaspekte2.3.1 Unterbrechbarkeit2.3.2 Prioritäten2.3.3 RessourcenmanagementRessourcengraph2.3.3.1 Prioritätsinversion2.3.3.2 Unterbrechungssperre2.3.3.3 Priority Inheritance Protocol2.3.3.4 Priority Ceiling Protocol
3.1 Firmware3.2 Realzeitbetriebssysteme3.2.1 Systemcalls3.2.2 Taskmanagement3.2.2.1 Klassifizierung der Scheduling-Verfahren3.2.2.2 Statisches Singlecore-SchedulingZeitgesteuerter Scheduling-PlanZeitgesteuerter Scheduling-Plan mit konstanten Zeitslots3.2.2.3 Dynamisches Singlecore-SchedulingFirst Come First Serve (FCFS, FIFO)ZeitscheibenverfahrenPrioritätengesteuertes SchedulingDeadline-SchedulingKombinierte Scheduling-Verfahren3.2.2.4 Multicore-SchedulingPartitioniertes SchedulingGlobales SchedulingSemi-partitioniertes SchedulingPraktische EinschränkungenGlobales Scheduling im Linux-Kernel3.2.3 Memory ManagementRealzeitaspekte3.2.4 I/O-Management3.2.4.1 Programmierinterface (API)SchnittstellenfunktionenZugriffsarten3.2.4.2 Treiberinterface3.2.4.3 Filesysteme3.2.5 Timekeeping (Zeitverwaltung)3.2.5.1 Realisierungsformen3.2.5.2 Zeitgeber3.2.5.3 ZeitsynchronisationPrecision Time Protocol IEEE 15883.2.6 Sonstige Realzeitaspekte3.3 Linux
4.1 Allgemeines4.2 Programmtechnischer Umgang mit Tasks4.2.1 Tasks erzeugenThreads erzeugen4.2.2 Tasks beenden4.2.3 Tasks parametrierenThread-Attribute festlegenTask-Affinität4.3 Schutz kritischer Abschnitte4.3.1 Semaphor und Mutex4.3.2 Programmtechnische Behandlung der Prioritätsinversion4.3.3 Deadlock4.3.4 Schreib-/Lese-Locks4.3.5 Weitere Schutzmaßnahmen für kritische Abschnitte4.3.6 Unterbrechungsmodell4.4 Umgang mit Zeiten4.4.1 Aktuelle Zeit bestimmen4.4.2 Der Zeitvergleich4.4.3 Differenzzeitmessung4.4.4 Schlafen4.4.5 Weckrufe per Timer4.5 Inter-Prozess-Kommunikation4.5.1 Pipes, Mailbox und Messages4.5.2 Shared-Memory4.5.3 Sockets4.6 Condition-Variable (Events)4.7 Signale4.8 Peripheriezugriff4.9 BitoperationenTesten von BitsSetzen von BitsRücksetzen von BitsInvertieren von Bits4.10 Memory ManagementSchutz vor AuslagernPrefault
5.1 Realzeitsysteme ohne spezielle Systemsoftware5.2 Realzeitsysteme basierend auf einem Standard-OS5.3 Threaded Interrupts (Realzeiterweiterungen für Standardbetriebssysteme)5.4 Userland-to-Kernel5.5 Realzeitbetriebssystem5.6 Realzeitarchitektur auf Multicore-Basis5.7 Multikernel-Architektur (RTAI/Xenomai)5.8 Besonderheiten beim Entwurf moderner RealzeitsystemeAnforderungen zusammenstellenDer EntwurfDie RealisierungFehlersucheDie IntegrationDer Systemtest

6.1 Grundbegriffe der Betriebssicherheit (Safety)BetriebskonzepteVerfügbarkeitsbetriebSicherheitsbetrieb6.2 Angriffssicherheit (Security)6.2.1 Geräteimmanente SchutzvorrichtungenAuthentifizierungBasiswissen KryptografieDatenverschlüsselungVerschlüsselung der KommunikationDatenfilterung (Firewall)Minimalistischer FunktionsumfangSecurity by Isolation6.2.2 Strukturelle Abwehrmaßnahmen (Security by Structure)
7.1 Daten- und Kontrollflussdiagramm7.2 Struktogramme7.3 Beschreibung nebenläufiger Prozesse (Petrinetze)7.4 Netzwerkanalyse7.5 UML7.5.1 Strukturdiagramme7.5.2 Verhaltensdiagramme
8.1 Grundlagen8.2 Nachweis ohne Berücksichtigung der Ressourcen8.2.1 Prioritätengesteuertes SchedulingHinreichender SchedulingtestNotwendiger Schedulingtest8.2.2 EDF-SchedulingHinreichender SchedulingtestNotwendiger SchedulingtestRealzeitnachweis beim EDF-SchedulingRealzeitnachweis bei Berücksichtigung der Phase8.3 Nachweis unter Berücksichtigung der Ressourcen8.3.1 Berechnung der Blockierzeit8.3.1.1 Blockierzeiten bei Unterbrechungssperren8.3.1.2 PIP8.3.1.3 PCPPrioritätengesteuertes SchedulingEDF-Scheduling8.3.2 SchedulingtestPrioritätengesteuertes SchedulingEDF-SchedulingAbschließende Ergebnisse8.4 Bewertung und weitere Einflussfaktoren

Content preview from Moderne Realzeitsysteme kompakt

Vorwort

Der amerikanische Begriff Realtime System wird im Deutschen mit Echtzeitsystem oder Realzeitsystem übersetzt. Alle drei Begriffe bezeichnen im technischen Umfeld Systeme, die neben funktionalen auch zeitlichen Anforderungen genügen. Während der populäre Begriff Echtzeit ganz allgemein eingesetzt wird, wird der Begriff Realzeit eindeutig auf den technischen Bereich fokussiert – weswegen ihm in den folgenden Ausführungen der Vorzug gegeben wird.

Realzeitaspekte gehören seit vielen Jahren zur klassischen Informatiker- und Ingenieursausbildung. Die fortschreitende Miniaturisierung und Leistungssteigerung der Hardware auf der einen Seite und die technologischen Entwicklungen in der Software – allen voran bei Linux – auf der anderen Seite ermöglichen ...