Hệ điều hành thời gian thực: Vấn đề lập lịch (Scheduler)

Hệ điều hành thời gian thực: Vấn đề lập lịch (Scheduler)

U
21
:

V
W
L

M

ở

H
ẽ
ớ

( NTT)
T
2010
ẽ

ớ

ị
6 ỷ

Đ
”
ễ

23
môn là: “Hệ điều à
t ời
(Scheduler))” .
Q
giáo i
V Hà

- Mỹ(1)
“L

ia

t ực: Vấ

ớ
lịc

đề l
ớ
ớ

ớ

C

Nhóm 23_LTCĐ-DHKHMT2_K6

e

xi c â t à

cả

ơ !

1


Hệ điều hành thời gian thực: Vấn đề lập lịch (Scheduler)

L

N

I-

T

Đ U .................................................................................................. 1
U

V

T

u ................................................................................................. 4

1.1
1.1.1

ác khái niệm về hệ nhúng ...................................................... 4

1.1.2
1.1.3

ch s ........................................................................................ 6
ác c i m.............................................................................. 7

1.1.4

i o iện .................................................................................... 8

1.1.5

i n Trúc ................................................................................... 9

1.1.6
1.1.7

Thi t

ngo i vi ......................................................................... 9

ng c phát tri n................................................................... 10

1.1.8
tin c
1.2
nh v c ng

1.2.1

................................................................................. 11
ng c hệ nhúng ................................................... 12

Xu th phát tri n và s

t ng trường c

hệ thống .............. 12

ấu trúc ph n c ng hệ nhúng ......................................................... 14

1.3

1.3.1

ác thành ph n ki n trúc c

n .......................................... 14

1.3.2
1.3.3

n v x lý trung tâm PU .................................................. 14
Xung nh p và tr ng thái tin hiệu ........................................... 16

1.3.4

B nhớ ...................................................................................... 18

1.3.5

go i vi ..................................................................................... 20

TM

II.

............................................. 3

UV

Đ U

N T

NT

......................... 22

2.1

hái niệm hệ thống th ng tin thời gi n th c ................................. 22

2.2
2.3

c th ............................................................................................... 22
hiệm v ............................................................................................ 23

2.4

t số v

về

thời gi n th c ............................................... 24

2.5 Thời gi n th c c ng (
r Re l-time) và thời gi n th c mềm (
Soft Real-Time): ........................................................................................ 24
III.

p l ch trong thời gi n th c – Scheduling ....................................... 26

3.1 Vấn ề l p l ch................................................................................... 26
3.2
3.3

ác phư ng pháp l p l ch ph i n ................................................ 30
p l ch c chu k ............................................................................. 32

3.4

p l ch kh ng theo chu k .............................................................. 33

Nhóm 23_LTCĐ-DHKHMT2_K6

2

Hệ điều hành thời gian thực: Vấn đề lập lịch (Scheduler)
3.5
p l ch theo ki u chi m qu ền th c thi và l p l ch kh ng c
chi m qu ền th c thi. ................................................................................ 34
3.6

ác ti u ch

ánh giá l p l ch .......................................................... 36

3.7

ánh giá các thu t toán l p l ch ...................................................... 37

3.8
ác k thu t l p l ch ph i n ......................................................... 37
IV. T
UT
................................................................... 43

Nhóm 23_LTCĐ-DHKHMT2_K6

3


Hệ điều hành thời gian thực: Vấn đề lập lịch (Scheduler)

I- T

U

V

T

u

1.1
Kỷ

ớ

ằ
ớ
N
4004
ở 1

ở
1972

B
ở

ở

P

K

ớ

ẳ
ặ

ị

è

ớ

ồ

ị
V
ị
ằ

ớ
ớ

ớ

Đ
ồ
ẩ

ị

ồ

ớ

MP3

è

ỏ

ặ
ặ

Xé
ớ
ị
ớ

ỏ

ị

ặ
ớ

ớ
ằ

ớ

1.1.1

ác khái niệm về hệ nhúng

Nhóm 23_LTCĐ-DHKHMT2_K6

4


Hệ điều hành thời gian thực: Vấn đề lập lịch (Scheduler)


ệ nhúng?

T

ớ

ỳ

ị

/
ẩ

ị

ị

V

ị

ị
ặ

ễ

R

ị

ồ

ẹ

V
ị

ỏ

ẩ
ễ

ặ

T

ở
ng trong

ớ

V

ị

ị
ổ
ặ

N

ớ
(

-

)

( f

-time).

Thời gi n th c c ng :

ớ

ỏ

N

ẽ

ị

ặ

ị

V

ổ
Thời gi n th c mềm:

ớ

ỏ
Nhóm 23_LTCĐ-DHKHMT2_K6

5


Hệ điều hành thời gian thực: Vấn đề lập lịch (Scheduler)
ằ

é

T

ằ
Đ
ở
V

ớ

ớ

ặ

Hình 1.1: P
1.1.2

ch s
(M
)

ở

S

MT
ớ
ớ

1961 N
-17
ớ K

1996

-17
T

Nhóm 23_LTCĐ-DHKHMT2_K6

M
ớ

ớ
M

6


Hệ điều hành thời gian thực: Vấn đề lập lịch (Scheduler)
T

1960
ẽ

B

ớ

4004
ỏ

phát minh

T

ớ

V

ỗ

1970

8
ớ

V

80

ỹ

Vớ

ở
Đ

ổ
ị

ớ

V

ặ

ớ
V

tr
ở

80

ổ

ị

ớ

:

ặ

k
1.1.3

ác

c i m
ặ

:

•
M
Nhóm 23_LTCĐ-DHKHMT2_K6

ỏ
7


Hệ điều hành thời gian thực: Vấn đề lập lịch (Scheduler)
;
ỏ

ặ

ặ

ẽ

é

•M
ằ

ị

• P
f

ớ ROM

ổ

ặ

P

ớ

:
ớ

ớ

ớf
ặ

ỏ

ớ

S

ẽ

é

ặ
1.1.4

i o iện

(
)

ặ

ớ
ị

ị
ỏ

ặ

ớ
Đ

ớ

è LE
ị

è

ị

ớ

ồ
ặ

ở

é
;
ổ
ớ

(j

) S

ẽ
ớ
Đ

Nhóm 23_LTCĐ-DHKHMT2_K6

giúp
8


Hệ điều hành thời gian thực: Vấn đề lập lịch (Scheduler)
ồ
ị
Đ
ị

ớ
ặ

ễ

V

các router là

ị
i n Trúc

1.1.5

:
ị

ằ

ớ

PU
RM M PS

f

/68

P

P

86 P

8051, Atmel AVR, Renesas H8, SH, V850, FR-V, M32R, Z80, Z8
Đ

ớ

ị

ớ

ị
ớ

ỏ
P /104

N

P /104++
OS L

N BS

QNX
ớ

V W

ớ
(S

– SoC),
(

specific integrated circuit –

ặ

S ) S

-

PU
M

P

(f

)

-

ớ

ồ
1.1.6

Thi t

PU

ngo i vi

Nhóm 23_LTCĐ-DHKHMT2_K6

9


Hệ điều hành thời gian thực: Vấn đề lập lịch (Scheduler)
ớ

ị

:
• S

f

(S ): RS-232, RS-422, RS-

485...
• S

S

f

: 2

JT

SP

SSC và ESSI
•U

S

•N

:

•B

ị

B

(USB)
N

: PLL( )

•

O:

L W
/

T

P

U

eral Purpose Input/Output (GPIO)

ng c phát tri n

1.1.7
T

ẩ
ị

(

)
(

ị

(

)

ặ

) T
:
•B

ặ

• T

•Đ

ị

(

ặ

R

)

ớ
M

ỏ

ỏ

ặ M

é

Nhóm 23_LTCĐ-DHKHMT2_K6

10


Hệ điều hành thời gian thực: Vấn đề lập lịch (Scheduler)
•

ị

(

)

ị
•M
ặ
ẵ
ở
ặ

ổ

NU Đ
ớ

P

tin c

1.1.8

ằ

ỗ

ẽ

ỳ

ị ỗ
ặ

ặ

ỗ V
ẩ
N

ổ

ị
ặ

V

ị
ặ

ằ

ỗ

ỹ

–

ặ
ẽ ị

ị

ở

M

:

•
ở

ớ

è
Nhóm 23_LTCĐ-DHKHMT2_K6

11

Hệ điều hành thời gian thực: Vấn đề lập lịch (Scheduler)
ặ

n

•
ị

ị

•N

ẽ

ổ

ị

nh v c ng

1.2

M

ng c

ẩ

hệ nhúng

ị

ớ

:


ị



T



T

ị



ẩ



Tòa nhà thông minh



T



R

ị

ị

/

ị

ị
1.2.1 Xu th phát tri n và s

Nhóm 23_LTCĐ-DHKHMT2_K6

t ng trường c

hệ thống

12


Hệ điều hành thời gian thực: Vấn đề lập lịch (Scheduler)
V

ễ
ớ

ị/

ớ
ặ

Lớ
ỏ
ớ

f

tính toán ít h ặ
ồ

8

ở
– 16

ặ

32

ỗ

toán.
Lớ

ớ

ẽ

ớ
ớ
ớ

Lớ

ớ
ớ

ỏ

T

ỏ

ồ
8

16

32

Đ
ằ

Nhóm 23_LTCĐ-DHKHMT2_K6

ỏ

13


Hệ điều hành thời gian thực: Vấn đề lập lịch (Scheduler)
Vớ

ỗ

ặ

è
K

ẩ
ặ
R

è

ổ
(S

K

E

)

ỗ

ớ
ằ

Tro

ỏ
é

Đ

ổ

SP
S
1.3

PL

ấu trúc ph n c ng hệ nhúng

1.3.1 ác thành ph n ki n trúc c

Hình 1.2: K
1.3.2

n

VXL/VĐK

n v x lý trung tâm PU

Nhóm 23_LTCĐ-DHKHMT2_K6

14


Hệ điều hành thời gian thực: Vấn đề lập lịch (Scheduler)

N

ớ
PU (

õ

P

VX
U

ị

ị

)

é

P

PU

ị
) N

(ALU-

ỗ

LU
(

)


(

T

)
ỏ

(

ị

)T
T

ỏ


T

ẽ

(

)

T

ị
N
(M
T

ị

ớ

ỏ


ị ị

ị

)

/

(P

Counter)
Nhóm 23_LTCĐ-DHKHMT2_K6

15


Hệ điều hành thời gian thực: Vấn đề lập lịch (Scheduler)
M

PU
T

ị
ẽ

PU

PU

Mỗ

ỏ ớ

ị

ẽ

ẽ

P

ị

ằ


T

(

ị ằ

ớ
)

T

LU
ặ

é

LU
1.3.3 Xung nh p và tr ng thái tin hiệu
T

VX
ồ

ặ

ị

ặ
ặ

ồ

ẩ

ị

ẩ

Đẻ

ồ

Hình .3: M

Nhóm 23_LTCĐ-DHKHMT2_K6

VXL

16

Hệ điều hành thời gian thực: Vấn đề lập lịch (Scheduler)
M

ồ
ị
ỗ

ỳ

ỗ

N

é

ị

é

ở

T

ị

ặ

ỹ

ặ
M

ị

ỏ

ặ
ồ



T



T



T



T



Tễ



Đ



T

:
ặ

ễ

(TR -State)
ị

 Thời gi n tăng ho c gi m

Hình 1.4: M
T
20%

80%

Nhóm 23_LTCĐ-DHKHMT2_K6

T

17

Hệ điều hành thời gian thực: Vấn đề lập lịch (Scheduler)
80%


20%

Thời gi n trễ l n tru ền

L

ổ
ổ

ở

Đặ

ễ

Hình 1.5: M


ớ

Thời gi n thi p l p và lưu giữ

K
ổ

ớ
ị

ớ

ị

ẩ

ồ

ồ

ổ

T
ổ

ị

ị

ồ

ồ

ổ

T
ổ

ị

ồ
TR

Hình 1.6: T
1.3.4 B nhớ

Nhóm 23_LTCĐ-DHKHMT2_K6

18


Hệ điều hành thời gian thực: Vấn đề lập lịch (Scheduler)
K

ớ
ớV

N

T

N
Đ

é

ROM

R M

ớ

Hình 1.7: K
K

Neumann và Havard

/

ROM
ổ

R M
ớ

ở

(

ặ

ớ

é
)
Ư

ổ

ớ

ớ

N

ớ
ồ

Nhóm 23_LTCĐ-DHKHMT2_K6

ồ
19


Hệ điều hành thời gian thực: Vấn đề lập lịch (Scheduler)

ị

Hình 1.8: N

B

ớ

–PROM (Programmable Read Only Memory)

V

ớ PROM
ẽ
go i vi

1.3.5
B

ớ

ị

/

.

ị

/

ị

é

ỗ

ặ
ổ
ị

ỳ

M
ị

Nhóm 23_LTCĐ-DHKHMT2_K6

ị

ị
20


Hệ điều hành thời gian thực: Vấn đề lập lịch (Scheduler)
ị
é

Đ

.

Nhóm 23_LTCĐ-DHKHMT2_K6

21


Hệ điều hành thời gian thực: Vấn đề lập lịch (Scheduler)

II. T

UV

U
T

C

hái niệm hệ thống th ng tin thời gi n th c

2.1
T
t ô

T

ệ t ố

ti t ời ia t ực

ớ

ớ
M

ễ

(

ị
ẽ

ị )
ớ

ở
hông

:
(
) S
ỗ

c th

2.2
T

ở

ị

:

ớ
ớ

Nhóm 23_LTCĐ-DHKHMT2_K6

V

22

Hệ điều hành thời gian thực: Vấn đề lập lịch (Scheduler)
ị

ổ

T

ị

:
ị

T

ặ
ị

T

ồ

ớ

:

ồ

ễ

ị

T

ớ

ị :

ớ

N

ồ
ị
ỗ
ớ

ở

hiệm v

2.3
M
( )

N

ặ
ỳ

ở

( )

(Task), và tro
ỳ

(T )

Nhóm 23_LTCĐ-DHKHMT2_K6

ằ

23


Hệ điều hành thời gian thực: Vấn đề lập lịch (Scheduler)

t số v

2.4
-

Adeos

-

ART Linux

-

ChorusOS

-

eCos

-

ELinOS

-

FreeRTOS

-

iRmx

-

ITRON

-

Linux

-

LynxOS

-

MicroC/OS-II

-

Nucleus

-

OS-9

-

OSE

-

OSEK/VDX

-

pSOS

-

PikeOS

-

QNX

-

RedHawk

-

RSX-11

-

VxWorks

-

Windows CE

-

Xenomai

2.5

về

thời gi n th c

Thời gi n th c c ng (

r Re l-time) và thời gi n th c

mềm ( Soft Re l-Time):

Nhóm 23_LTCĐ-DHKHMT2_K6

24


Hệ điều hành thời gian thực: Vấn đề lập lịch (Scheduler)

Hình 2 1: T


T

:

o M



T

:

o M
é

ẽ

ở

Nhóm 23_LTCĐ-DHKHMT2_K6

25