UPV - EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 1 Introducción al tiempo real en sistemas empotrados Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea Master en Ingeniería de Sistemas Empotrados

UPV - EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 2 Contenido Introducción Soporte de interrupciones Conceptos de sistemas operativos Planificación en sistemas de tiempo real Mecanismos de sincronización y comunicación Planificación de tiempo real con recursos compartidos

UPV - EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 3 Planificación de tiempo real con recursos compartidos CONTENIDO Modelo y propiedades Inversión de prioridad Políticas de planificación con recursos compartidos BIBIOGRAFIA Q. Li: Real-Time concepts for embedded systems. CMP Books, J. Liu: Real-Time Systems, Prentice-Hall, Capítulo 8.

UPV - EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 4 Planificación de tiempo real con recursos compartidos Modelo –Ahora las tareas de tiempo real compiten por el acceso a los recursos. –La espera por una sección crítica no supone consumo de CPU (espera por bloqueado). –Se conoce el comportamiento de las tareas en cuanto a tiempos de ejecución dentro y fuera de la secciones críticas. Propiedades –Duración acotada de los bloqueos. –Número de bloqueos acotados. –No interbloqueos (disciplina de programación).

UPV - EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 5 Planificación de tiempo real con recursos compartidos Ejemplo: –Un único recurso, una unidad del recurso. –Prioridades (  1 es la menos prioritaria) y expulsión. –Una tarea solicita el recurso en el instante t L de su tiempo de ejecución –La duración de la SC es Δ L. ΦCtLtL ΔLΔL D 1 2 3

UPV - EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 6 Planificación de tiempo real con recursos compartidos Ejemplo de ejecución ΦCtLtL ΔLΔL D 1 2 3 Sección crítica ocupada 33 22 11

UPV - EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 7 Inversión de prioridad ΦCtLtL ΔLΔL D 11 04,512,518 2 3 Sección crítica ocupada D 3 se cumple! 33 22 11

UPV - EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 8 La presencia de secciones críticas introduce situaciones de incumplimiento de plazos. –En el ejemplo, la tarea más prioritaria  3 abandona la CPU cuando se dispone a ejecutar la SC, ya que ésta está ocupada por  2. –Precisamente,  2 no ha podido liberar la SC porque  3 la expulsó de la CPU por prioridad. Una tarea de baja prioridad impide a otra de mayor prioridad cumplir el plazo (inversión de prioridad). No es posible acotar la duración de la inversión de prioridad (Liu 2000, Cap. 8). Inversión de prioridad

UPV - EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 9 Inversión de prioridad espera no acotada ΦCtLtL ΔLΔL D 1 2 3 Sección crítica ocupada 33 22 11

UPV - EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 10 Políticas de planificación con recursos compartidos Políticas de planificación para evitar la inversión de prioridad: –Secciones críticas no explulsables. –Herencia de prioridad. –Techo de prioridad.

UPV - EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 11 Políticas de planificación con recursos compartidos Sección crítica no expulsable ΦCtLtL ΔLΔL D 1 2 3 Sección crítica ocupada 33 22 11

UPV - EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 12 Políticas de planificación con recursos compartidos Sección crítica no expulsable ΦCtLtL ΔLΔL D 11 04,512,518 2 3 Sección crítica ocupada D 3 se cumple! 33 22 11

UPV - EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 13 Políticas de planificación con recursos compartidos Herencia de prioridad La política de SC no expulsable no evita problemas de incumplimiento de plazos. Política de herencia de prioridad: –Además de su prioridad asignada inicialmente, P i, se define para cada tarea una prioridad actual, π i, que es con la que se ejecuta en cada momento. –Inicialmente, π i (0)=P i. –Cuando una tarea  i accede en un instante t a una SC, comienza a ejecutarla con su prioridad actual π i (t). –Cuando una tarea  h de mayor prioridad se bloquea en un instante t’>t en el acceso a la SC ocupada por  i, π i (t’)= π h (t’). –Cuando  i libera la SC en t’’, π i (t’’)= π i (t).

UPV - EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 14 Políticas de planificación con recursos compartidos Ejemplo sin herencia de prioridad ΦCtLtL ΔLΔL D 1 2 3 Sección crítica ocupada 33 22 11  1 es expulsado

UPV - EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 15 Políticas de planificación con recursos compartidos Herencia de prioridad ΦCtLtL ΔLΔL D 1 2 3 Sección crítica ocupada π 1 (3)=π 3 (3) 33 22 11  1 no es expulsado

UPV - EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 16 Políticas de planificación con recursos compartidos Recursos múltiples Cuando las tareas acceden a múltiples recursos compartidos, se añade el problema del interbloqueo. La herencia de prioridad evita situaciones de inversión de prioridad, pero no de interbloqueos. Hay que combinarla con políticas de prevención de interbloqueos.

UPV - EHU MOISE Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores 17 Políticas de planificación con recursos compartidos Techo de prioridad Es una extensión de la política de herencia de prioridad para múltiples recursos. –Se conoce a priori el conjunto de recursos que cada tarea va a usar. –Techo de prioridad de un recurso: prioridad de la tarea de mayor prioridad entre las que están accediendo al recurso. –Techo del sistema: mayor techo de prioridad de todos los recursos. –Se aplica herencia de prioridad. –Básicamente, a una tarea se le asigna un recurso libre si la prioridad de la tarea es mayor que el techo de prioridad del sistema o si ya posee un recurso con techo de prioridad la del sistema. Al establecer un orden en la asignación de recursos, evita interbloqueos con múltiples recursos.