[PPT] - R e a l - T i me S y s t e ms , w e r e b e t t PowerPoint Presentation

SLIDE 1

R e a l

T

i me S y s t e ms , w e r e b e t t e r i n t h e p a s t

(

h

, r e a l l y ? )

H a n s Z u i d a m, f

r

4 c

d

e r s . n l S e p t e mb e r 2 , 2 1 8

SLIDE 2

Wh a t i s r e a l

t

i me a n y w a y ?

S

y s t e ms t h a t t y p i c a l l y c

n

t r

l

s

me

e x t e r n a l p h y s i c a l p r

c

e s s

A

l g

r

i t h ms mu s t b e l

g

i c a l l y c

r

r e c t

I

n a r e a l

t

i me s y s t e m t h e t i me a t w h i c h t h e a l g

r

i t h m c

mp

l e t e s i s c r u c i a l

C

a n n

t

b e t

l

a t e

SLIDE 3

Wh a t i s r e a l

t

i me a n y w a y ?

H

a r d r e a l

t

i me T h e s y s t e m w i l l f a i l i f a c

mp

u t a t i

n

i s n

t

c

mp

l e t e d b e f

r

e a s p e c i fj e d d e a d l i n e

S
f

t r e a l

t

i me T h e s y s t e m c a n r e c

v

e r f r

m

mi s s i n g t i mi n g d e a d l i n e s

SLIDE 4

C l

c

k s

C
n

f u s i n g t e r mi n

l
g

y

R

e a l

t

i me c l

c

k a l s

c

a l l e d a w a l l c l

c

k

Ma

y mo v e b a c k w a r d ( l e a p s e c

n

d s )

Ma

y mi s s t i c k s

Wa

l l c l

c

k s a r e n

t

g

d

e n

u

g h

SLIDE 5

C l

c

k s

R

e a l r e a l

t

i me c l

c

k i s mo n

t
n

i c i n c r e a s i n g

N

e v e r mo v e s b a c k w a r d

N

e v e r s k i p s a p u l s e

R

e s

l

u t i

n

d e t e r mi n e s me a s u r e me n t a c c u r a c y

SLIDE 6

S c h e d u l i n g a l g

r

i t h ms

S

c h e d u l i n g i s d e t e r mi n i n g w h a t t

d
n

e x t

E

a s e

f

mo d e l i n g p a r t i t i

n

t h e s y s t e m i n t a s k s

T

a s k s h a v e r e q u i r e me n t s w h e n t h e y s h

u

l d b e a c t i v e

T

a s k s c a n h a v e a n u mb e r

f

s t a t e s R u n n i n g – A c t i v e l y u s i n g t h e C P U R u n n a b l e – C a n r u n b u t

t

h e r t a s k i s r u n n i n g Wa i t i n g – I s w a i t i n g f

r

s

me

t h i n g t

h

a p p e n

SLIDE 7

S c h e d u l i n g a l g

r

i t h ms

R u n n i n g R u n n a b l e Wa i t i n g

SLIDE 8

S c h e d u l i n g a l g

r

i t h ms

P

r i

r

i t y b a s e d s c h e d u l i n g

E

a c h t a s k h a s a p r i

r

i t y ( a n u mb e r )

R

u n n a b l e t a s k w i t h t h e h i g h e s t p r i

r

i t y r u n s

T

a s k r u n s u n t i l i t h a s t

w

a i t

O

n l y t h e n t h e n e x t h i g h e s t p r i

r

i t y t a s k ( w h i c h i s r u n n a b l e ) i s ma d e r u n n i n g

T

h i s i s c a l l e d F I F O a k a F i r s t I n F i r s t O u t

SLIDE 9

S c h e d u l i n g a l g

r

i t h ms

P

r e e mp t i v e r

u

n d

r
b

i n

S

a me a p r i

r

i t y b a s e d s c h e d u l i n g

A

f t e r a n e x t e r n a l e v e n t t h e “ n e x t ” t a s k mu s t b e s e l e c t e d

S

e l e c t t h e n e x t r u n n a b l e t a s k ( ” n e x t ” t a s k h a s s a me p r i

r

i t y a s p r e v i

u

s )

P

r e v i

u

s t a s k i s p r e e mp t e d

SLIDE 10

S c h e d u l i n g a l g

r

i t h ms

E

a r l i e s t d e a d l i n e fj r s t ( E D F )

D

y n a mi c p r i

r

i t y a l g

r

i t h m

S

e l e c t t h e t a s k c l

s

e s t t

i

t s d e a d l i n e

E

a c h t a s k h a s : e x e c u t i

n

t i me a n d p e r i

d
N
t

t r i v i a l t

g

u a r d a g a i n s t

v

e r fm

w

SLIDE 11

S c h e d u l i n g a l g

r

i t h ms

R

a t e mo n

t
n

i c

E

a c h t a s k h a s a ( s t a t i c ) p e r i

d
T

a s k w i t h s h

r

t e s t p e r i

d

r u n s fj r s t

We

l l s u i t e d f

r

h a r d r e a l

t

i me

SLIDE 12

L

c

k i n g

S

e ma p h

r

e s

I

n v e n t e d b y E d s g e r D i j k s t r a

O

p e r a t i

n

s a r e c a l l e d P ( ) a n d V ( )

P

( ) w a i t s u n t i l t h e s e ma p h

r

e i s a c q u i r e d

V

( ) r e l e a s e s t h e s e ma p h

r

e

N
n
t

i

n
f

a t a s k

C

a n p r

t

e c t s h a r e d d a t a

C

a n b e u s e d a s i n t e r

t

a s k s i g n a l

I

d e a l s

u

r c e f

r

d e a d l

c

k s

SLIDE 13

L

c

k i n g

Mu

t e x e s

A

l

c

k w i t h

w

n e r s h i p

O

p e r a t i

n

s a r e l

c

k ( ) a n d u n l

c

k ( )

O

n l y t h e

n

e u s i n g l

c

k ( ) c a n u n l

c

k ( )

E

a s i e r t

u

s e t h a n s e ma p h

r

e s

T

y p i c a l l y u s e d b y s h a r e d d a t a

SLIDE 14

L

c

k i n g

S

p i n l

c

k s

”

Wa i t u n t i l a b i t i s s e t ”

C
mp

a r e a n d e x c h a n g e a t

mi

c i n s t r u c t i

n
I

n fj n i t e l

p

( u g h …)

B

u t s h

u

l d b e v e r y l i g h t w e i g h t

O

n l y a f e w i n s t r u c t i

n

s

S

h

u

l d l

p
n

l y a a f e w t i me s

I

d e a l l y s u i t e d b e t w e e n i n t e r r u p t s a n d t a s k s

SLIDE 15

N

me

mo r y a l l

c

a t i

n

?

C

a l c u l a t e ma x i mu m me mo r y u s e b e f

r

e h a n d N

n

e e d f

r

a n a l l

c

a t

r

.

A

l l

c

a t

r

s

p

e r a t

r
n

a s h a r e d p

l
f

a v a i l a b l e me mo r y . T a s k s ma y b l

c

k c

mp

e t i n g f

r

a l l

c

a t i

n

.

C
u

l d ma k e t a s k p r i v a t e “ s u b

p
l

s ”

Mu

s t s t i l l b e a b l e t

s

a t i s f y ma x i mu m me mo r y u s a g e .

SLIDE 16

N

t

a b l e r e a l

t

i me k e r n e l s

Ma

n y , ma n y r e a l

t

i me k e r n e l s ( mo r e t h a n We b f r a me w

r

k ? )

Mo

s t

f

t h e s e a r e n

t

r e a l l y k e r n e l s

B

e t t e r c l a s s i f y t h e m a s e x e c u t i v e s

Wh

y n

t

k e r n e l s ?

L
t

s

f

a d d i t i

n

a l i n f r a s t r u c t u r e i s mi s s i n g ( e . g . d e v i c e d r i v e r s , fj l e s y s t e ms , n e t w

r

k i n g )

SLIDE 17

N

t

a b l e r e a l

t

i me k e r n e l s

V x Wo r k s , R T E MS , Mi c r i u m, u C / O S I I I . F r e e R T O S , C MX , Wi n d

w

s C E , T h r e a d X , A r m Mb e d , G H S I n t e g r i t y , e C

s

, I T R O N , Z e p h y r , N u c l e u s , O S E K , p S O S , ( L i n u x

R

T ) , a n d s

n

…

SLIDE 18

N

t

a b l e r e a l

t

i me k e r n e l s

V

x Wo r k s

Wi

n d R i v e r S y s t e ms

F

r

m

t h e e a r l y 1 9 8 s , s

q

u i t e

l

d

U

s e d i n a e r

s

p a c e , a u t

mo

t i v e , me d i c a l , c

n

s u me r a n d s

n
O

fg e r s a l a r g e n u mb e r

f

s u b

s

y s t e ms f

r

b

a

r d s u p p

r

t , fj l e s y s t e ms , n e t w

r

k i n g , e t c .

SLIDE 19

N

t

a b l e r e a l

t

i me k e r n e l s

V

x Wo r k s

S

c h e d u l i n g : p r e e mp t i v e r

u

n d

r
b

i n

L
c

k i n g : s e ma p h

r

e s ( c

u

n t i n g a n d b i n a r y )

A

l s

s

p i n l

c

k s

Me

mo r y p r

t

e c t i

n

: MMU s u p p

r

t

SLIDE 20

N

t

a b l e r e a l

t

i me k e r n e l s

V

x Wo r k s

F

a mo u s N A S A P a t h fj n d e r b u g P r i

r

i t y i n v e r s i

n

p r

b

l e m 1 .A l

w

p r i

r

i t y t a s k g r a b s a s h a r e d r e s

u

r c e 2 .A h i g h p r i

r

i t y t a s k b l

c

k s w a i t i n g f

r

t h e s h a r e d r e s

u

r c e 3 .A me d i u m p r i

r

i t y t a s k p r e e mp t s t h e l

w

p r i

r

i t y t a s k 4 .H i g h p r i

r

i t y t a s k n

t

ma k i n g p r

g

r e s s

SLIDE 21

N

t

a b l e r e a l

t

i me k e r n e l s

V

x Wo r k s

Wa

s fj x e d b y e n a b l i n g p r i

r

i t y i n v e r s i

n
L
w

p r i

r

i t y t a s k g e t s p r i

r

i t y

f

h i g h p r i

r

i t y t a s k

C

a n n

t

b e p r e e mp t e d b y me d i u m p r i

r

i t y t a s k

U

p l

a

d e d i n t h e P a t h fj n d e r

n

Ma r s ( H

w

’ s t h a t f

r

a s

f

t w a r e u p d a t e ? )

SLIDE 22

N

t

a b l e r e a l

t

i me k e r n e l s

F

r e e R T O S

O

r i g i n a l l y R e a l T i me E n g i n e e r s L t d .

N
w
w

n e d b y A ma z

n
S

a f e R T O S c e r t i fj e d f

r

s a f e t y c r i t i c a l a p p l i c a t i

n

s

Wi

t t e n s t e i n H i g h I n t e g r i t y S y s t e ms

H

a s s

me

s u p p

r

t f

r

n e t w

r

k i n g , F A T fj l e s y s t e ms .

SLIDE 23

N

t

a b l e r e a l

t

i me k e r n e l s

F

r e e R T O S

V

e r y p

p

u l a r w i t h MC U d e v e l

p

e r s

O

p e n s

u

r c e , MI T ” l i c e n s e ”

A

n e x e c u t i v e , n

t

a n

p

e r a t i n g s y s t e m

L

i t t l e i n f r a s t r u c t u r e s u p p

r

t

SLIDE 24

N

t

a b l e r e a l

t

i me k e r n e l s

F

r e e R T O S

S

c h e d u l i n g : F I F O , ( p r e e mp t i v e ) r

u

n d

r
b

i n

L
c

k i n g : s e ma p h

r

e s ( c

u

n t i n g a n d b i n a r y ) , mu t e x e s

N
MMU

s u p p

r

t ( S a f e R T O S d

e

s )

I

P C b y me s s a g e s

SLIDE 25

R e a l

t

i me : T h e n a n d N

w

SLIDE 26

R e a l

t

i me t h e n : P h i l i p s P 8 S e r i e s

E n d 1 9 6 s , e a r l y 1 9 7 s

SLIDE 27

R e a l

t

i me t h e n : P h i l i p s P 8 S e r i e s

( Wi t h a r e a l l

c

k a n d k e y t

t

u r n t h e s y s t e m

n

a n d

fg

)

SLIDE 28

R e a l

t

i me t h e n : P h i l i p s P 8 S e r i e s

Mi

n i

c
mp

u t e r s ( 1 6 b i t ) s y s t e ms

I

n d u s t r i a l a n d s c i e n t i fj c a p p l i c a t i

n

s ( c

n

t r

l

s , d a t a a c q u i s i t i

n

, e t c . )

F

e a t u r e d R e a l

t

i me c l

c

k H a r d w a r e fm

a

t i n g p

i

n t Me mo r y Ma n a g e me n t U n i t U p t

6

3 i n t e r r u p t s

SLIDE 29

R e a l

t

i me t h e n : P h i l i p s P 8 S e r i e s

S

p e c i fj c a t i

n

s 4 K t

3

2 K ( 1 6 b i t ) w

r

d s C l

c

k c y c l e 1 . 2 µ S ( l a t e r 8 4 n s ) 1 6 G e n e r a l P u r p

s

e R e g i s t e r s 9 8 I n s t r u c t i

n

s D i s c r e t e T T L I C s

SLIDE 30

R e a l

t

i me t h e n : P h i l i p s P 8 S e r i e s

SLIDE 31

R e a l

t

i me t h e n : P h i l i p s P 8 S e r i e s

I

n s t r u c t i

n

T i mi n g E x a mp l e A b s

l

u t e C

n

d i t i

n

a l B r a n c h t

R

e g i s t e r

A

s s e mb l e r A B R E Q * A 4

O

p e r a t i

n

( ( A 4 ) ) P

I

f b r a n c h t a k e n 2 me mo r y c y c l e s ( 2 x 1 . 2 µ s )

I

f b r a n c h n

t

t a k e n 1 l

g

i c c y c l e ( 7 2 n s ) 1 me mo r y c y c l e ( 1 . 2 µ s )

SLIDE 32

R e a l

t

i me t h e n : P h i l i p s P 8 S e r i e s

D

i s k R e a l T i me Mo n i t

r

( D R T M)

I

n t e r r u p t / h a r d w a r e p r i

r

i t i e s : 4 8

S
f

t w a r e p r i

r

i t i e s : 1 5

S

c h e d u l i n g i s p r i

r

i t y b a s e d F I F O ( “ t h e h i g h e s t l e v e l a c t i v e p r

g

r a m a l w a y s g e t s c

n

t r

l

u n t i l i t i s i n t e r r u p t e d ” )

SLIDE 33

R e a l

t

i me t h e n : P h i l i p s P 8 S e r i e s

P

r

g

r a m t y p e s Me mo r y r e s i d e n t – A l w a y s i n me mo r y R e a d

n

l y – I n me mo r y w h i l e r u n n i n g B a c k g r

u

n d – L

w

e s t p r i

r

i t y S w a p p a b l e – Wr i t t e n t

d

i s k a f t e r t i me s l i c e

Wh

y e a s i e r ? O n l y 3 2 K w

r

d s me mo r y : e a s y t

k

e e p i n y

u

r

w

n me mo r y

SLIDE 34

R e a l

t

i me n

w

: A R M C

r

t e x

R

8

SLIDE 35

R e a l

t

i me n

w

: A R M C

r

t e x

R

8 F l

a

t i n g P

i

n t U n i t T i g h t l y C

u

p l e d Me m

r

y I n t e r f a c e s

SLIDE 36

R e a l

t

i me n

w

: A R M C

r

t e x

R

8 C P U L 1 D $ L 2 $ L 1 I $ C P U L 1 D $ L 2 $ L 1 I $ L 3 $

C a c h e h i e r a r c h y

Me m

r

y

SLIDE 37

R e a l

t

i me n

w

: A R M C

r

t e x

R

8

C

a c h e s i z e

R

e p l a c e me n t s t r a t e g y : Wr i t e b a c k

F

i l l s t r a t e g y : c r i t i c a l w

r

d fj r s t

D

e v i c e D MA : me mo r y a n d c a c h e d i s a g e r e e Mu s t fm u s h ( p a r t s

f

) t h e c a c h e

A

l l t h i s i n t r

d

u c e s a l

t
f

l a t e n c y

H

a r d t

p

r e d i c t t i mi n g b e h a v i

r

SLIDE 38

R e a l

t

i me n

w

: A R M C

r

t e x

R

8

P

i p e l i n e s g e t d e e p e r

C
r

t e x

A

8 1 3 s t a g e ( i n t e g e r )

Ma

y n e e d t

fm

u s h w h e n b r a n c h i n g

B

r a n c h T a r g e t B u fg e r t

p

r e d i c t w h e r e a b r a n c h w i l l l a n d

B

r a n c h e s c a u s e l a t e n c y

SLIDE 39

Mo d e r n H a r d w a r e : P C I / P C I e

A

c l

c

k s y n c h r

n

i z a t i

n

u s i n g C A N b u s

N

e w ( x 8 6 ) C P U T w i c e a s f a s t a s t h e p r e v i

u

s ( ”

l

d ” )

n

e Me mo r y f

u

r t i me s a s f a s t

P

r

b

l e m O l d s y s t e m c l

c

k a c c u r a c y i s ~ 1 µ S N e w s y s t e m u p t

6

µ S a n d mo r e !

SLIDE 40

Mo d e r n H a r d w a r e : P C I / P C I e

H

a r d w a r e P C I c a r d w i t h C A N b u s

O

l d s y s t e m d i d n

t

h a v e P C I e

Q

u e s t i

n

: a r e t h e c l

c

k s s t a b l e ?

A

n s w e r y e s : v e r y mu c h s

SLIDE 41

Mo d e r n H a r d w a r e : P C I / P C I e

E

x p e r i me n t

H
w

l

n

g d

e

s a r e a d t

P

C I me mo r y t a k e ?

O

l d s y s t e m ~ 1 . 4 µ s

N

e w s y s t e m ~ 3 . 7 µ s

Wh

a t i s g

i

n g

n

?

SLIDE 42

P C H P C I e

Mo d e r n H a r d w a r e : P C I / P C I e

C P U P C I R

t

C P U S

u

t h b r i d g e P C I R

t

O l d N e w

SLIDE 43

Mo d e r n H a r d w a r e : P C I / P C I e

Mo

d e r n P e r i p h e r a l C

n

t r

l

l e r H u b s ( P C H ) h a v e i n t e g r a t e d P C I e r

t
P

C I e i s c

mp

a t i b l e w i t h P C I 2 . 3

F
r

e a s e

f

d e s i g n P C I i n P C I e

L

a t e n c y d

u

b l e s !

(

J u s t b e c a u s e y

u

a s k : t w e a k i n g P C I e b u fg e r i n g d

e

s n

t

h e l p )

SLIDE 44