Este documento introduce los sistemas en tiempo real, que interactúan repetidamente con su entorno físico y responden a estímulos dentro de un plazo de tiempo. Explica que los sistemas en tiempo real suelen estar integrados en sistemas más grandes para control y monitoreo, y cubre temas como clases de sistemas en tiempo real, tareas temporales, características, programación, sistemas operativos de tiempo real y la norma POSIX.

1. DESARROLLO DE SISTEMAS
EN TIEMPO REAL (SRT)
ING. LEONARDO TORRES ARGOMEDO

2. UNIDAD DE APRENDIZAJE I: FUNDAMENTOS
DE LOS SISTEMAS EN TIEMPO REAL.

3. INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS EN TIEMPO
REAL.
Un sistema de tiempo real es un sistema informático que realiza
las siguientes tareas:
• Interacciona repetidamente con su entorno físico.
• Responde a los estímulos que recibe del mismo dentro de un
plazo de tiempo determinado
• Para que el funcionamiento del sistema sea correcto no basta
con que las acciones sean correctas, sino que tienen que
ejecutarse dentro del intervalo de tiempo especificado.

7. • Los sistemas en tiempo real suelen estar integrados en un sistema de ingeniería más general,
en el que realizan funciones de control y/o monitorización, denominados SISTEMAS
EMPOTRADOS (embedded systems).
• Un sistema empotrado es un sistema informático (hardware + software) de tiempo real
integrado en un sistema de ingeniería más general, en el que realiza funciones de control,
procesamiento y/o monitorización.
• Muchos sistemas de uso común en la industria, el transporte, las comunicaciones y el hogar
tienen computadores empotrados:
• Aviones.
• Trenes.
• Coches.
• teléfonos móviles.
• Televisores.
• GPS.

9. CLASES DE SISTEMAS DE TIEMPO REAL:
Críticos (hard real-time systems):
• Los plazos de respuesta deben
respetarse siempre estrictamente.
• Una sola respuesta tardía a un
suceso externo puede tener
consecuencias fatales.

10. Acríticos (soft real-time systems):
• Se pueden tolerar retrasos ocasionales en la respuesta a un
suceso.

11. TAREAS DE TIEMPO REAL
Las actividades de un sistema de tiempo real se llaman tareas.
Tienen varios tipos de propiedades:
• Funcionales: que hacen
• Temporales: cuando lo hacen
• Fiabilidad, seguridad, etc.
El comportamiento temporal de las tareas se especifica mediante sus
atributos temporales
• Cuando se ejecutan: esquema de activación.
• Que plazo tienen para ejecutar cada acción.

13. CARACTERÍSTICAS DE LOS STR
Gran tamaño y complejidad:
• Algunos STR tienen millones de líneas de código.
• La variedad de funciones aumenta la complejidad incluso en
sistemas relativamente pequeños.
Simultaneidad de acciones (concurrencia)
• Los dispositivos físicos controlados funcionan al mismo
tiempo.
• Las tareas que los controlan actúan concurrentemente.

14. Seguridad y fiabilidad
• Sistemas críticos: fallos con consecuencias graves.
• Pérdida de vidas humanas.
• Perdidas económicas.
• Daños medioambientales.

15. Dispositivos de entrada y salida especiales
• Los manejadores de dispositivos forman parte del software de
aplicación.
• Los sistemas empotrados interaccionan con su entorno
mediante diversos tipos de dispositivos que normalmente no
son convencionales (teclados, impresoras, ...): convertidores
A/D y D/A, entradas y salidas digitales, ... (interfaces con
sensores, actuadores, periféricos especiales, ...)
• Los componentes del software que controlan el funcionamiento
de estos dispositivos (manejadores, "drivers") son, en general,
dependientes del sistema concreto.

16. Determinismo temporal:
• Acciones en intervalos de tiempo determinados.
• Es fundamental que el comportamiento temporal de los STR sea
determinista o, al menos, previsible.
• No hay que confundirlo con la necesidad de que sea eficiente.
• El sistema debe responder correctamente en todas las
situaciones
• En los sistemas de tiempo real estricto hay que prever el
comportamiento en el peor caso posible.

17. • Los sistemas de tiempo real controlan actividades del
mundo exterior que son simultáneas.
• Para ello deben ejecutar varias tareas en
paralelo (concurrentemente).
• La ejecución de las tareas se multiplexa en el tiempo en uno
o varios procesadores.

18. PROGRAMACIÓN
Actualmente existen dos alternativas:
Lenguajes secuenciales (C, C++, ...) + sistema operativo de
tiempo real.
• Los lenguajes secuenciales dependen de un sistema operativo
para las funciones de concurrencia y temporización.
Lenguajes concurrentes (Ada, extensión tiempo real Java...)
• Las funciones de concurrencia y tiempo real forman parte del
lenguaje

19. SISTEMAS OPERATIVOS DE TIEMPO REAL
(SOTR)
Los sistemas operativos convencionales no son adecuados para tiempo
real:
• No tienen comportamiento determinista.
• No permiten garantizar los tiempos de respuesta.
Un sistema operativo de tiempo real debe soportar:
• Concurrencia: procesos ligeros con memoria común
• Temporización: medida de tiempos y ejecución periódica
• Planificación: expulsiva con prioridades, y acceso a recursos con
herencia de prioridad
• Manejo de dispositivos E/S: acceso a recursos de hardware e
interrupciones.

21. Por lo regular Sistema Operativo de tiempo real suele tener la
misma arquitectura que un Sistema Operativo convencional, pero
su diferencia radica en que proporciona mayor prioridad a los
elementos de control y procesamiento que son utilizados para
ejecutar los procesos o tareas.
• El SOTR debe ser multitarea y permisible
• Un SOTR debe poder asignar prioridades a las tareas
• El SOTR debe proporcionar medios de comunicación y
sincronización entre tareas
• Un SOTR debe poder evitar el problema de inversión de
prioridades
• El comportamiento temporal del SOTR debe ser conocido

22. CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE TIEMPO
REAL
• Los sistemas de tiempo real pueden ser de dos tipos, esto es
en función de su severidad en el tratamiento de los errores que
puedan presentarse:
• Sistemas de tiempo real blandos o Soft real-time systems:
estos pueden tolerar un exceso en el tiempo de respuesta, con
una penalización por el incumplimiento del plazo. Estos
sistemas garantizan que las tareas críticas se ejecutan en
tiempo. Aquí los datos son almacenados en memorias no
volátiles, no utilizan técnicas de memoria virtual ni tiempo
compartido, estas técnicas no pueden ser implementadas en
hardware.

23. • Sistemas de tiempo real duros o Hard real-time systems: aquí
la respuesta fuera de término no tiene valor alguno, y produce
la falla del sistema. Estos sistemas tienen menos utilidades que
los implementados por hard, por ejemplo no pueden utilizarse
para control industrial y robótico. Pero si para multimedia,
supervisión de controles industriales y realidad virtual.

24. POSIX
Portable Operating System Interface + X
• Conjunto de normas IEEE/ISO que definen servicios que pueden
ofrecer los sistemas operativos de tiempo real.
• Normas básicas, con interfaces para C.
• Interfaces para Ada y otros lenguajes.
• Perfiles de aplicación.