Понятие встроенной системы
Встроенная система – это программно-аппаратная система, в которой один или несколько компьютеров управляют аппаратурой в реальном масштабе времени. Масштаб времени зависит от типа системы, но обычно это микросекунды или миллисекунды. Главная особенность встроенных систем состоит в абсолютной обязательности, необходимости уложиться в заданный интервал – если система не уложилась, информация просто безвозвратно пропадет. Типичными примерами встроенных систем являются телефонные станции, системы вооружения, роботы, медицинское оборудование и т.д.
Многие авторы относят создание встроенных систем к числу самых трудных задач; в каком-то смысле, здесь сконцентрированы практически все проблемы системного программирования.
Надежность. Все программы должны быть надежными, но во встроенных системах ошибка может привести к катастрофическим последствиям. Отладка ПО реального времени осложняется тем, что эксперименты трудны, дороги или вообще невозможны, например, ядерные испытания запрещены, но ракеты с ядерными головками производятся. Даже в тех случаях, когда отладка ПО на конкретном оборудовании возможна, часто ошибочную ситуацию трудно воспроизвести, поскольку каждый запуск оборудования может сопровождаться разными временными задержками, а от них зависит последовательность запуска программных процессов. ПО телефонной станции может успешно работать годами, потом, при определенном сочетании внешних и внутренних параметров, сломаться, а после рестарта — снова долго работать без замечаний. Чтобы поймать такую редкую ошибку, нужно проявить чудеса изобретательности.
Реактивность. По определению, встроенная система реального времени должна всегда укладываться в некоторые временные рамки. Отсюда вытекают требования к тщательному анализу времени протекания различных процессов, выделению критически важных задач (здесь, как всегда, действует правило 20-80 – 20% задач занимают 80% времени исполнения), глубинной оптимизации программ.
Компактность. Оптимизировать нужно не только время исполнения, но и объем используемой памяти.
Например, в современных автомобилях карбюратором управляет микроЭВМ, в которой никакой внешней памяти нет. Если программа и данные превысят наличную память микроЭВМ на 1 байт, то нужно будет переделывать всю систему. В обычных программных системах скорость счета обычно "разменивают" на больший объем памяти, здесь же такие приемы не проходят.
Работа с базами данных. Например, все телефонные станции одного типа имеют одну и ту же программу, но каждый экземпляр станции имеет свой набор абонентов, количество соединительных линий к другим телефонным станциям, одним абонентам можно звонить по межгороду, а другим – нет и т.д. Эта информация собирается в базе данных, часто распределенной.
Взаимодействие с человеком. Некоторые встроенные системы не имеют никаких способов взаимодействия с человеком (например,система техобслуживания). Такие системы принято называть "глубоко встроенными системами" (deeply embedded systems). Другие же, наоборот, иногда требуют вмешательства человека-оператора. Это еще более усложняет ситуацию, поскольку для человека важно иметь удобный интерфейс и оперативное отображение текущего состояния всех технических элементов.
Надеюсь, даже этого короткого перечня проблем достаточно, чтобы понять, почему в нашем коллективе разработчики систем реального времени всегда пользовались наибольшим уважением.
