Real-time system design for machines, robots, and process control

Abstract

İki ayn modülden oluşan bir gerçek zamanlı sistem geliştirildi. Bunlardan ilki, çok işlemcili DSP kartları üzerinde çalışan ve Windows NT ile haberleşen ORTS adlı gerçek zamanlı bir işletim sistemidir. Var olan tek işlemcili sistem, çift prosesörlü bir DSP kartına taşındı. Daytona için ORTS 'de süreç yönetimi açıklandı. İş sıralama, bellek yönetimi, paylaşılan kaynakların senkronizasyonu, prosesler arası iletişim tartışıldı. Öncelik değişmesi problemi tanıtıldı ve bu problemin "öncelik aktarılması" protokolüyle çözümü tartışıldı. Kullanıcıların süreçleri ister çok süreçli, ister hızlı çevrimsel modda çalıştırmalarına olanak tanıyan gerçek zamanlı bir çekirdek tasarlanıp geliştirildi. Hızlı çevrimsel modda, gerçek zamanlı iş sıralayıcı devre dışı bırakılıp sistemin çekirdeğinin küçültülmesi amaçlandı. Modlar arası geçiş, PC'den gönderilen komutlarla sağlandı. Zaman analizi, her iki modun avantaj ve dezavantajları tartışıldı. Hızlı çevrimsel modda olunmasına rağmen, süreçlerin farklı frekanslarda çalıştırılmasına olanak sağlaması için geliştirilen çekirdek seviyesindeki algoritma tanıtıldı. İkinci tasarlanıp geliştirilen modül, gerçek zamanlı sistemler için görsel bir uygulama geliştirme ortamıdır. Bu ortam, gerçek zamanlı sistemlerin simule edilmesinde kullanılan ticari bir ürün olan Simulink ile ORTS arasında bir arabirim kurularak gerçekleştirildi. Simulink modellerini ORTS modülleri haline getirmeye yarayan bir aynştıncı yazıldı. Kullanıcıları Simulink modellerinin detaylarından soyutlamak için genel bir ORTS süreci geliştirildi. Sözü geçen iki modül, modüler, biçimlendirilebilen, kolay taşınır mirnarileriyle, gerçek zamanlı sistem programlayıcılan için açık mimarili bir sistem önermektedir.

A real-time system composed of two main modules is developed. The first module is an open-architecture real-time operating system, called ORTS, which runs on multi processor DSP boards and communicates with Windows NT. The existing single- processor version of the system is ported to a dual-processor DSP board called Daytona. Process management in ORTS for Daytona is explained. Scheduling, memory management, synchronization of shared resources and inter-process communication are discussed. Priority inversion problem is introduced, and addressing this problem with the priority inheritance protocol is discussed. A real time kernel is designed and developed, which enables users to run processes either in a fast cyclic or multi-tasking execution mode. The fast cyclic mode disables the real time scheduler and establishes a more compact kernel. Mode switching is done via commands sent from the PC. Timing analysis, advantages and disadvantages of these two modes are discussed. The kernel-level algorithm developed to run processes with different frequencies even in the fast cyclic group is explained. The second designed and implemented module is a graphical real-time application development environment. This environment is built by interfacing a commercial real-time simulation product with the real-time operating system ORTS. A parser has been developed which converts "Simulink" models to ORTS modules. A generic ORTS process is built to abstract the users from implementation details of the "Simulink" models. These two modules, with their modular, reconfigurable and portable design offer a truly open architecture to real-time application developers.