Обзор систем реального времени

Узнайте о влиянии систем реального времени на приложения интернета вещей в разных отраслях от производства до здравоохранения, нефтегазовой промышленности и робототехники.

Основные выводы

  • Системы реального времени характеризуются способностью обеспечивать ожидаемый результат в заданные сроки (своевременность выполнения задач), синхронизировать независимые узлы и выполнять скоординированную работу (синхронизация времени).

  • Жесткая система реального времени использует абсолютные сроки, и в случае несоблюдения этих сроков происходит сбой системы. Мягкие системы реального времени продолжают работать даже в случае несоблюдения сроков, однако при этом происходит нежелательное снижение качества.

  • Способности систем реального времени оцениваются на основе двух параметров: времени задержки и вычислительных помех.

  • Корпорация Intel предлагает аппаратное обеспечение и эталонное программное обеспечение системного уровня для разработки приложений реального времени, где все элементы должны работать надежно и предсказуемо, соблюдать заданные сроки и соответствовать жестким требованиям реального времени.

BUILT IN - ARTICLE INTRO SECOND COMPONENT

Корпорация Intel предлагает решения, технологии и услуги экосистемы партнеров компаниям, которые сталкиваются с растущими потребностями обработки данных в реальном времени и необходимостью использования предсказуемых систем реального времени.

Потребность в системах реального времени 

Расширение глобальных связей, изменение требований потребителей к постоянно доступным данным и постоянно работающим системам и появление корпоративных сред с сенсорными возможностями вызывают необходимость создавать, собирать и анализировать экспоненциально растущие объемы данных. По оценкам IDC, к 2025 году в мире будет создано 79,41 зеттабайт данных, и почти 30 процентов 2 этих данных нужно будет обрабатывать в реальном времени с помощью систем реального времени.

Необходимость обработки в реальном времени особенно важна для организаций, работающих в сфере робототехники, производства, здравоохранения и в высокоточных отраслях, таких как нефтегазовая промышленность и энергетика, поскольку эти организации используют данные реального времени для постоянного совершенствования безопасности, эффективности и надежности.

Для обеспечения обработки данных в реальном времени предприятиям этих отраслей очень важна способность системы устанавливать приоритеты, осуществлять управление и выполнять рабочие задачи реального времени раньше других рабочих задач.
Например, современные производители автомобилей широко используют роботов, совместно работающих на сборочных линиях новых автомобилей. Роботы передают друг другу детали, выполняют сверление и сварку или проводят проверки безопасности. Для всех этих задач требуется высочайшая точность и строгая согласованность по времени. В подобном сценарии система реального времени должна иметь возможность не только обрабатывать данные в заданные предсказуемые сроки, но и обеспечить выполнение критически важных задач (например, связанных с безопасностью) раньше менее важных задач.
Как отрасли, зависящие от данных, обеспечивают своевременную обработку данных нужным образом? Системы реального времени.

По оценкам IDC, к 2025 году в мире будет создано 79,41 зеттабайт данных, и почти 30 процентов 2 этих данных нужно будет обрабатывать в реальном времени с помощью систем реального времени.

Что такое система реального времени?

Понятие «система реального времени» относится к любой системе обработки информации с программными и аппаратными компонентами, которые выполняют прикладные функции в реальном времени и могут реагировать на события в рамках прогнозируемых конкретных сроков. Распространенные примеры систем реального времени — системы управления воздушным транспортом, системы управления процессами и системы автономного вождения.

Прикладные преимущества систем реального времени

Системы реального времени дают ряд преимуществ:

Преимущества
Более точные сроки Системы реального времени разработаны для выполнения задач, которые должны выполняться в точные сроки (с точностью до микросекунд).
Более высокий уровень прогнозируемости и надежности Поскольку системы реального времени обрабатывают данные в определенные прогнозируемые сроки, выполнение рабочих задач практически гарантировано, что повышает надежность критически важных рабочих систем.
Установка приоритетов для рабочих задач реального времени Определенные задачи реального времени должны выполняться в заданные сроки, чтобы не произошел критический сбой системы, и поэтому возможность установки приоритетов рабочих задач крайне важна. Возможность установки приоритетов рабочих задач имеется в некоторых, но не во всех системах реального времени.

Компоненты систем реального времени 

Для выполнения вычислений в реальном времени система должна соответствовать двум требованиям:

  • Своевременность: способность обеспечить ожидаемый результат в конкретные сроки.
  • Синхронизация по времени: способность агентов координировать независимые часы и действовать согласованно.

При оценке систем реального времени компании могут измерить ценность любой системы в плане прогнозируемости выполнения ей действий или задач. Дополнительно прогнозируемость оценивается за счет оценки следующих характеристик системы:

  • Время задержки: измерение времени между двумя событиями
  • Вычислительные помехи: вариации времени задержки между разными итерациями действия

Еще одна важная характеристика систем реального времени — их способность одновременно выполнять задачи реального времени и другие задачи, чтобы избежать критического сбоя.

Наконец, очень важно понять, на какие категории обычно делятся системы реального времени. В зависимости от характера временных ограничений системы реального времени могут быть мягкими или жесткими.

Мягкие системы реального времени и жесткие системы реального времени

Концепция реального времени может применяться в разнообразных сценариях. Однако большинство этих сценариев, такие как просмотр веб-страниц и игры, относятся к категории мягких систем реального времени.

Мягкая система реального времени — это система, которая продолжает работу, даже если не может выполнить задачу в отведенное время. Если система пропустит сроки выполнения, это не повлечет за собой критичных последствий. Система может продолжать работу, несмотря на нежелательное снижение качества работы.

Однако в не которых отраслях (робототехника, автомобильная промышленность, коммунальные службы, здравоохранение и т. д.) действуют гораздо более высокие требования к синхронизации, срокам и гарантии сроков выполнения в наихудшем случае. Такие системы классифицируются как жесткие системы реального времени.

Жесткая система реального времени — это система, которая прекращает работу в случае нарушения сроков, что может иметь катастрофические последствия.

Применение систем реального времени

Системы управления процессами 

Системы управления процессами используются в промышленных системах непрерывного производства, где не допускаются перебои. Эти системы помогают предприятиям поддерживать качество и повышать производительность работы посредством тестирования процессов, сбора актуальных данных и возвращения этих данных для мониторинга и возможно для диагностики и устранения неисправностей. Компании нефтегазового сектора — основные пользователи систем управления процессами, и они часто получают благодаря данным системам многочисленные преимущества, от повышения эффективности и безопасности работы до сокращения времени простоев и потерь.

Машинное зрение 

Машинное зрение помогает машинам быстро интерпретировать данные, чтобы они могли «видеть» свое окружение и быстро принимать решения на основе полученной визуальной информации. Эти машины обычно важны для обеспечения непрерывности производства или критически важных процессов. Системы реального времени помогают таким машинам обрабатывать данные практически в реальном времени.

Робототехника

Технологии робототехники используются для разнообразных промышленных целей, многие из которых требуют точных ограничений по времени для безопасного выполнения задач, а также для обеспечения непрерывной работы. Системы реального времени — ценная часть операционных систем роботов в связи с необходимостью выполнять задачи по вычислениям и обработке в реальном времени.

Производство

Ориентированные на будущее производители используют аналитические данные, полученные от систем реального времени, для предотвращения проблем с качеством продукции, повышения эффективности и продуктивности работы и получения конкурентного преимущества. Встраиваемые системы реального времени могут помочь производителям добиться максимальной продуктивности, повысить качество и единообразие продукции и улучшить безопасность на производстве.

Здравоохранение и мониторинг пациентов 

Скорость обработки данных в здравоохранении часто означает разницу между жизнью и смертью. Системы реального времени необходимы врачам для получения данных от систем мониторинга пациентов (например, от датчиков пульса) для поддержания здоровья и безопасности пациентов.

Влияние Intel на системы реального времени

Для поддержки новых решений с высокими требованиями к работе в реальном времени корпорация Intel внедрила технологию оптимизации производительности в реальном времени Intel® Time Coordinated Computing (Intel® TCC), и продолжает расширять поддержку сетей, чувствительных ко времени (TSN).

Технология Intel® Time Coordinated Computing (Intel® TCC) представляет собой набор функций, оптимизирующих производительность вычислений процессоров Intel® с учетом строгих временных ограничений, устанавливаемых жесткими системами реального времени. Технология Intel® TCC позволяет использовать процессоры в системах, чувствительных к задержке, сохраняя общую энергоэффективность и оставляя достаточный запас производительности для выполнения других задач. Технология Intel® TCC помогает обеспечить надежное и прогнозируемое выполнение каждого элемента задачи в заданные сроки.

Сети, чувствительные ко времени (TSN) — это набор стандартов, спецификаций и возможностей IEEE, основанный на стандартных сетях Ethernet и предназначенный для поддержки приложений, чувствительных ко времени, точной синхронизации, своевременности доставки данных и планирования трафика. TSN можно использовать для оптимизации производительности между системами за счет использования открытых стандартов при проектировании. Корпорация Intel теперь поддерживает еще больше стандартов TSN, в том числе:

  • IEEE 802.1AS: обобщенный протокол точного времени
  • IEEE 802.1Qbv: формирователь с учетом времени
  • IEEE 802.1Qav: формирователь на основе доверия
  • IEEE 802.1Qbu: прогнозирование кадров

Решения Intel® трансформируют системы реального времени

Потребность в соблюдении жестких временных требований будет только расти. У корпорации Intel имеются технологии и опыт, которые помогут компаниям подготовиться к ожидаемому росту объемов обработки данных с новой технологией Intel® TCC и расширенной поддержкой TSN. Эти решения используют новый комбинированный подход для решения задач, которые часто возникают в новых высокопроизводительных решениях реального времени.

Часто задаваемые вопросы

Понятие «система реального времени» относится к аппаратным и программным компонентам, которые выполняют функции приложения реального времени и могут реагировать на события с учетом прогнозируемых и конкретных временных ограничений.

Системы реального времени классифицируются как мягкие или жесткие. Мягкая система реального времени продолжает работать, даже если не может выполнить задачу в отведенное время. Более того, если система пропустит сроки выполнения, это не повлечет за собой критичных последствий. Жесткая система реального времени прекращает работу в случае нарушения сроков, что может иметь катастрофические последствия.

Системы реального времени используются в многочисленных отраслях, в том числе в таких как производство, здравоохранение, нефтегазовая промышленность, энергетика, логистика, ресторанно-гостиничный бизнес и сельское хозяйство.

Системы реального времени — это важные технологические компоненты, которые используются в разнообразных отраслях для разных целей от систем автоматизации процессов до систем управления складами, сборочных линий и медицинских решений.

Системы реального времени — это важные технологические компоненты, которые используются в разнообразных отраслях для разных целей от систем автоматизации процессов до систем управления складами, сборочных линий и медицинских решений.

Информация о продукте и производительности

1IDC, июнь 2019 г., «Согласно новому прогнозу IDC, в связи с ростом количества подключенных устройств интернета вещей, к 2025 году в мире будет сгенерировано 79,4 ЗБ данных», пресс-релиз
2

IDC, ноябрь 2018 г., «Цифровизация мира от периферии до ядра» — Дэвид Рейнсел (David Reinsel), Джон Ганц (John Gantz), Джон Райднинг (John Rydning).