J. Garc

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SISTEMAS DE TIEMPO REALDiseño de Sistemas de
Tiempo Real. HRT-HOOD

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INDICE

• INTRODUCCIÓN
• VISIÓN GENERAL DE HRT-HOOD
• DISEÑO DE LA ARQUITECTURA LÓGICA
• DISEÑO DE LA ARQUITECTURA FÍSICA
• TRADUCCIÓN A LENGUAJE ADA

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INTRODUCCIÓN

• Qué es HRT-HOOD?
• HOOD
• Hierarchical Object Oriented Design
• Soportado por ESA (European Space Agency)
• HRT-HOOD
• Hard Real Time HOOD
• Diseñado como parte de un proyecto ESA (European
  Space Agency)
• El sistema se diseña como un conjunto de objetos
  abstractos
• Descomposición jerárquica de los objetos
• Se asocia una serie de atributos de tiempo real a
  cada objeto
• Introduce restricciones en la descomposición para
  permitir un análisis temporal al final del diseño
  (prioridades fijas o EDS)

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INTRODUCCIÓN

• Diseño Orientado a Objetos
• Abstracción, ocultación de información y
  encapsulado
• Un objeto se define por los servicios que ofrece
• Se ocultan los detalles internos
• Descomposición Jerárquica
• Un objeto padre se puede descomponer en objetos
  hijo
• Estructura el Control
• Las operaciones en los objetos se activan
  mediante flujos de control (threads)
• Puede haber varios threads operando
  simultáneamente en un objeto

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VISIÓN GENERAL DE HRT-HOOD

• Características que debe tener el método
• Reconocer los tipos de actividades/objetos
  propios de los STR
• (actividades cíclicas, esporádicas etc.)
• Integración de paradigmas de planificación con el
  proceso de diseño
• Definición de requisitos temporales de los
  objetos
• Definición de los requisitos de fiabilidad de
  cada objeto
• Definición de la importancia relativa de cada
  objeto en el sistema
• Soporte a diferentes modos de operación
• Definición de objetos para el control de recursos
• Descomposición que facilite la ubicación en
  procesadores
• Descomposición que facilite el análisis de
  planificabilidad

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VISIÓN GENERAL DE HRT-HOOD

• Ciclo de vida clásico para desarrollo software
• Etapas en secuencia
• Cada etapa comienza al terminar la anterior
• Pruebas al final de realización
• Detección de errores tardía
• (ojo errores de requisitos temporales)
• Vuelta atrás costosa

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VISIÓN GENERAL DE HRT-HOOD

• Obligaciones, compromisos y restricciones
• Obligaciones
• Propiedades que se desarrollarán en próximos
  niveles de diseño
• Compromisos
• Propiedades que no se podrán cambiar en próximos
• niveles de diseño
• Restricciones
• Recursos Velocidad CPU, Ancho de Banda etc.
• Mecanismos Prioridad interrupciones, política
  planificación etc.
• Proceso de refinamiento del diseño
• Va transformando obligaciones en compromisos

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VISIÓN GENERAL DE HRT-HOOD

• Ciclo de vida de un STR

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DISEÑO DE LA ARQUITECTURA LÓGICA

• Representación de un objeto

T Nombre_del_Objeto
T Hijo-1
Datos-2
Operacion
Datos-1
Operacion-1 Operacion-2
T Hijo-2
Operacion
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DISEÑO DE LA ARQUITECTURA LÓGICA

• Tipos de objetos
• Pasivos
• Objetos que no tienen control cuando se invocan
  sus operaciones
• No invocan operaciones de otros objetos
  espontáneamente
• Protegidos
• Pueden tener control cuando invocan una de sus
  operaciones (exclusión mutua)
• No invocan operaciones de otros objetos
  espontáneamente
• Influyen en el tiempo de bloqueo de los procesos
  que le invocan
• Activos
• Pueden tener control cuando invocan una de sus
  operaciones
• Pueden invocar espontáneamente operaciones de
  otros objetos
• Objetos de tipo general que no tiene
  restricciones
• Siempre se descompone en objetos hijos

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DISEÑO DE LA ARQUITECTURA LÓGICA

• Tipos de objetos
• Cíclicos
• Representan actividades periódicas
• Pueden invocar espontáneamente operaciones de
  otros objetos
• Solo ofrecen operaciones que requieran una
  atención inmediata (ATC)
• Esporádicos
• Representan actividades esporádicas
• Pueden invocar espontáneamente operaciones de
  otros objetos
• Solo ofrecen una operación para ser invocada por
  otros objetos (Start)
• y una o mas operaciones que requieran atención
  inmediata (ATC)

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DISEÑO DE LA ARQUITECTURA LÓGICA

• Proceso de refinamiento de diseño
• Comienzo
• Uno o varios objetos Activos y algún Pasivo
• Proceso de descomposición
• Aparecen más objetos Activos y Pasivos
• Aparecen objetos Cíclicos, Esporádicos y
  Protegidos
• Nivel terminal de refinamiento
• Solo contiene Pasivos Protegidos
  Cíclicos Esporádicos

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DISEÑO DE LA ARQUITECTURA LÓGICA

• Proceso de refinamiento de diseño

A Sistema
A Subsistema-1
C Tarea-1
Dispositovo2
Operación-11
Datos-1
Datos-3
Dispositovo3
Pa Objeto-1
A Subsistema-2
Dispositovo1
Operación-O11 Operación-O12
Operación-21 Operación-22
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DISEÑO DE LA ARQUITECTURA LÓGICA

• Proceso de refinamiento de diseño

A Subsistema-2
S Tarea-2
C Tarea-3
Start
Datos-1
Datos-21
Datos-22
Pr Objeto-2
Operación-21 Operación-22
Operación-O21 Operación-O22
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DISEÑO DE LA ARQUITECTURA LÓGICA

• Proceso de refinamiento de diseño
• Un objeto Cíclico o Esporádico terminal contiene
  un solo thread (tarea) que se planifica en tiempo
  de ejecución
• Un objeto Protegido proporciona datos compartidos
  por tareas cíclicas y/o esporádicas, ofreciendo
  exclusión mutua
• Un objeto Pasivo es un objeto accedido por un
  solo thread (tarea), o bien, por varios sin que
  puedan existir problemas de accesos concurrentes
  indebidos

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DISEÑO DE LA ARQUITECTURA LÓGICA

• Reglas de descomposición jerárquica

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DISEÑO DE LA ARQUITECTURA LÓGICA

• Reglas de uso

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DISEÑO DE LA ARQUITECTURA FÍSICA

• Objetivos
• Trasladar el diseño lógico a los recursos físicos
  del entorno de ejecución
• Asegurar cumplimiento de requisitos no
  funcionales
• Necesitamos
• Diseño que facilite el análisis
• Medio para predecir el comportamiento del diseño
  en la plataforma (hw, kernel)
• Ejemplo
• Compatibilidad del diseño HRT-HOOD con el
  análisis de prioridades estáticas y políticas
  expulsoras

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DISEÑO DE LA ARQUITECTURA FÍSICA

• Actividades
• Asignación de objetos a procesadores
• Por ejemplo, ubicar los objetos que controlan
  dispositivos en los nodos donde residan los
  controladores de dichos dispositivos
• Planificación de las comunicaciones
• Planificar la red de comunicaciones para limitar
  los retardos de los mensajes
• Planificación de procesadores
• Determinar la planificación que asegura el
  cumplimiento de plazos de los objetos
• Estudio de fiabilidad
• Decidir si se utiliza tolerancia a fallos
  hardware, réplica de objetos

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DISEÑO DE LA ARQUITECTURA FÍSICA

• Atributos de tiempo real de los objetos
• Deadline
• Cada objeto cíclico o esporádico puede tener
  definido un plazo para su ejecución
• Operation_WCET
• Cualquier operación visible desde otro objeto
  debe tener definido su tiempo de ejecución para
  el caso peor
• Operation_Budget
• Cualquier operación visible desde otro objeto
  puede tener definido un límite de ejecución. Si
  se sobrepasa dicho límite se ejecuta un
  tratamiento de error definido en el objeto. (WCET
  Tiempo límite tratamiento de errores)
• Thread_WCET (Peor caso de tiempo de ejecución de
  tareas C y S)
• Thread_Budget (Límite de ejecución de tareas C y
  S)

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DISEÑO DE LA ARQUITECTURA FÍSICA

• Atributos de tiempo real de los objetos
• Period
• Cada objeto cíclico tiene definido su periodo de
  ejecución
• Offset
• Tiempo que un thread cíclico debe esperar antes
  de empezar su operación
• Minimun_Arrival_Time
• Cada tarea esporádica debe tener definido su
  tiempo mínimo entre llegadas
• Precedence_Constraints
• Un thread puede tener restricciones de
  precedencia asociadas a su ejecución

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DISEÑO DE LA ARQUITECTURA FÍSICA

• Atributos de tiempo real de los objetos
• Priority
• Cada tarea cíclica y esporádica puede tener
  definida su prioridad de acuerdo con la teoría de
  planificación que se sigue
• Execution_Transformation
• Un objeto cíclico o esporádico puede necesitar
  ser transformado en tiempo de ejecución para
  incorporar retardos extras. Por ejemplo, para
  modificar su periodo
• Importance
• Los objetos cíclicos y esporádicos pueden tener
  definida la importancia de sus threads dentro del
  sistema(por ejemplo, hard o soft)

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DISEÑO DE LA ARQUITECTURA FÍSICA

• Resultados
• Cada objeto tiene definidos sus atributos
• Análisis del sistema

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TRADUCCIÓN A LENGUAJE ADA

• Cada objeto HRT-HOOD se transforma en un paquete
  ADA95
• with Otro
• Package Objeto is
• ...
• Procedure Op1
• Procedure Op2
• ...
• end Objeto
• with Otro
• Package body Objeto is
• ...
• Procedure Op1 is
• ...
• Procedure Op2 is

T Objeto
Op1 Op2
Datos-1
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TRADUCCIÓN A LENGUAJE ADA

• Objeto Activo Paquete con paquetes hijos
• with Otro
• Package Padre is -- ACTIVO
• ...
• Procedure Op1
• Procedure Op2
• ...
• end Padre
• private Package Padre.Hijo_A is
• ...
• Procedure OP_A1(...)
• end Padre.Hijo_A
• private Package Padre.Hijo_B is
• ...
• Procedure OP_B1(...)

A Padre
A Hijo_A
Op_A1
Op1 Op2
Datos-1
A Hijo_B
Op_B1 Op_B2
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TRADUCCIÓN A LENGUAJE ADA

• Objeto Cíclico Paquete con Tarea Periódica
• Package Objeto_C_1 is -- CICLICO
• ...
• end Objeto_C_1
• with B
• Package body Objeto_C_1 is -- CICLICO
• ...
• task Periodica is
• pragma_priority (Prioridad)
• end periodica
• ...
• task body Periodica is
• begin
• loop
• ...

C Objeto_C_1
Datos-1
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TRADUCCIÓN A LENGUAJE ADA

• Objeto Esporádico Paquete con Tarea Esporádica
  y Rut_Interrup.
• Package Objeto_S_1 is -- ESPORADICO
• ...
• protected Interrup is
  pragma priority (Prioridad)
• procedure Rut_Tratamto
• entry Esperar
• private
• ...
• end Interrup
• ...
• end Objeto_2
• with C
• Package body Objeto_S_1 is -- ESPORADICO
• protected body Interrup is
• ...
• end Interrup

S Objeto_S_1
Datos-1
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TRADUCCIÓN A LENGUAJE ADA

• Objeto Protegido Paquete con Objeto Protegido
• Package Objeto_Pr is -- PROTEGIDO
• ...
• protected Nombre_Obj is
• pragma priority (Techo_Prioridad)
• procedure Operacion_O21
• procedure Operacion_O22
• private
• ...
• Dato Tipo_Dato Valor_Inicial
• procedure Proc_Privado(...)
• end Nombre_Obj
• ...
• end Objeto_Pr
• Package Objeto_Pr is -- PROTEGIDO

Pr Objeto-Pr
Operacion-O21 Operacion-O22