Повышение эффективности функционирования цифровых вычислительных устройств в системах управления тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.05, кандидат наук Соколов Алексей Олегович

• Соколов Алексей Олегович
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Соколов Алексей Олегович

Введение

1 Модель функционирования вычислительного устройства

1.1 Базовая модель

1.1.1 Модель с точки зрения информатики

1.1.2 Модель с точки зрения теории планирования

1.1.3 Использование модели в разработке

1.2 Модификация базовой модели

1.2.1 Способы реализации приоритетов

1.2.2 Регулярные задания

1.2.3 Задания реального времени

1.3 Особенности вычислителей систем управления

1.3.1 Общее описание вычислителей систем управления

1.3.2 Неоднородность заданий

1.3.3 Автономность вычислительного устройства

1.3.4 Задания управления

1.3.5 Задания восстановления

1.3.6 Служебные задания

1.4 Показатели эффективности

1.4.1 Продуктивность

1.4.2 Временная неопределенность

1.5 Заключение главы

2 Анализ выполнимости набора заданий

2.1 Базовый алгоритм анализа выполнимости набора заданий

2.1.1 Концепция теста выполнимости

2.1.2 Использование теста выполнимости

2.2 Модификация алгоритма оценки выполнимости

2.2.1 Учет заданий с разными механизмами реализации приоритетов

2.2.2 Учет заданий строгого реального времени

2.2.3 Учет регулярных заданий

2.2.4 Учет взаимовлияния периодических заданий

2.3 Заключение главы

3 Диспетчер в модели функционирования

3.1 Способы организации диспетчера

3.1.1 Периодический подход

3.1.2 Динамический подход

3.1.3 Апериодический подход

3.2 Анализ выполнимости с периодическим диспетчером

3.2.1 Условия интеграции диспетчера

3.2.2 Методика проведения теста

3.3 Анализ выполнимости с апериодическим диспетчером

3.3.1 Условия интеграции диспетчера

3.3.2 Методика проведения теста

3.4 Заключение главы

4 Исследование предлагаемых решений

4.1 Параметры наборов заданий в реальных устройствах

4.1.1 Исследуемые устройства

4.1.2 Прототип операционной системы

4.1.3 Результаты исследования

4.2 Моделирование и эксперименты

4.2.1 Использование модифицированной модели

4.2.2 Использование учета взаимовлияния заданий

4.2.3 Учет влияния диспетчера

4.3 Заключение главы

5 Аппаратный диспетчер

5.1 Принципы функционирования аппаратного диспетчера

5.2 Алгоритмы вычислений в аппаратном диспетчере

5.3 Результаты применения аппаратного диспетчера

5.4 Заключение главы

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Список терминов

Список литературы

Приложение А Акты внедрения результатов работы

Приложение Б Параметры заданий в реальных системах управления

Приложение В Исходные тексты экспериментальных программ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности функционирования цифровых вычислительных устройств в системах управления»

Введение

Для обеспечения высоких качественных показателей в современных системах управления (СУ) все чаще применяются цифровые вычислительные устройства (ЦВУ), построенные на основе микропроцессорной техники [1-10]. Принципы их функционирования предполагают непрерывное выполнение различных заданий в режиме реального времени [3, 9-14].

Способность выполнения используемого в ЦВУ набора заданий без нарушения соответствующих им временных ограничений является важным критерием, определяющим качество устройства [7, 8, 15-25]. В связи с этим применение эффективных подходов к организации управления заданиями (диспетчеризация) в ЦВУ представляет большой интерес.

Вопросами повышения эффективности диспетчеризации в системах реального времени занимались многие ученые, среди которых большой вклад внесли J. Nilsson, G. Buttazzo, G. Fohler, D. Isovic, M. Behnam, М.В. Кавалеров, Н.Н. Матушкин, B. Wittenmark, M. Törngren [7-9, 23-28]. Некоторые, например G. Fohler, М.В. Кавалеров и др., изучали особенности управления выполнением заданий именно в устройствах СУ [13-16, 29-32]. Однако многие вопросы, связанные с особенностями СУ и с принципами функционирования их элементов, остаются недостаточно проработанными.

Так, существующие модели функционирования ЦВУ имеют ограниченный набор типов и параметров заданий [15, 19, 23]. Это не позволяет точно описать режимы работы вычислительного устройства, часто используемые в СУ, например выполнение заданий с необязательной инициацией или со случайной инициацией при постоянной средней частоте.

Малоизученными являются способы учета времени переключения между заданиями в ЦВУ [8, 33-36]. В частности, не рассмотрены различия в работе микропроцессорных устройств при аппаратном и программном способах переключения. Учет наличия этих механизмов и возможности их совместного использования имеет большое значение для вычислителей в составе СУ, т. к. задания в этих устройствах имеют высокую частоту инициации и малое время выполнения, соизмеримое со временем выполнения диспетчера, осуществляющего переключение. Не исследованы способы организации переключения между заданиями с точки зрения сокращения времени отклика ЦВУ на внешние события, которое является важным параметром для СУ в целом.

Модификация модели функционирования и алгоритмов настройки диспетчеризации позволит с большей точностью оценить скорость работы вычислительных устройств и использовать полученные данные для более эффективного распределения ресурсов [15, 19, 23, 37-42].

Целью работы является повышение эффективности ЦВУ при настройке диспетчеризации за счет учета механизмов переключения между заданиями, учета наличия заданий с необязательной инициацией и заданий с произвольной инициацией при постоянной средней частоте, а также за счет применения эффективных подходов к организации диспетчеризации.

Задачи, решение которых позволит достичь поставленную в работе цель:

1) Рассмотреть особенности функционирования цифровых вычислительных устройств в составе систем управления. Оценить возможность использования и модификации базовых моделей функционирования ЦВУ для описания выявленных особенностей.

2) Разработать алгоритм оценки выполнимости заданного набора заданий на вычислительном устройстве, использующий модифицированную модель функционирования.

3) Разработать алгоритм, обеспечивающий учет времени, затрачиваемого устройством на переключение между заданиями, и включить его в процедуру оценки выполнимости.

4) Провести сравнительный анализ предлагаемых решений с существующими, оценить эффективность их применения при создании новых устройств.

Объектом исследования является цифровое вычислительное устройство в составе системы управления. Устройство предназначено для непрерывного циклического выполнения заданий с известными постоянными параметрами на одноядерном микропроцессоре в порядке, определяемом заданными приоритетами.

Методы исследования. Основу исследований составили математический аппарат теории расписаний и планирования систем реального времени, компьютерное моделирование, математическая статистика и теория вероятностей.

Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

1) Проведена модификация базовой модели функционирования ЦВУ. Модифицированная модель отличается наличием у каждого задания параметра, описывающего способ его переключения, что позволяет использовать разные методики расчета времени переключения для разных заданий. Добавлен тип заданий с необязательной инициацией запросов (строгое реальное время) и тип заданий со случайным временем инициации при постоянной средней частоте (регулярные задания), что улучшает точность описания процесса функционирования устройств, работающих в составе СУ.

2) Разработан алгоритм оценки выполнимости набора заданий вычислительным устройством, отличающийся возможностью учета регулярных заданий, заданий строгого реального времени и заданий с одинаковыми приоритетами. Алгоритм позволяет использовать модифицированную модель при проектировании и разработке реальных вычислительных устройств.

3) Предложен способ улучшения процедуры настройки диспетчеризации, основанный на введении учета взаимовлияния заданий и позволяющий увеличить вероятность выполнимости произвольного набора заданий в создаваемом ЦВУ. Описан способ аналитической оценки времени отклика для заданий, у которых может быть доказано отсутствие взаимовлияния.

4) Разработан алгоритм учета времени переключения между заданиями на этапе оценки выполнимости, отличающийся возможностью определения способа переключения и позволяющий описать механизмы переключения через дополнительно введенные служебные задания. Показано, что величина времени, затрачиваемого на переключение, зависит не только от способа переключения, но и от его организации. Проанализированы два подхода: классический, заключающийся в инициации диспетчера (механизма, производящего переключение заданий, реализованного программными или аппаратными средствами) через равные промежутки времени, и апериодический, с асинхронным запуском диспетчера в зависимости от происходящих в устройстве событий. Предложенный алгоритм обеспечивает прогнозирование выполнимости при использовании обоих подходов.

Достоверность полученных результатов подтверждается совместимостью предлагаемой модели функционирования с базовыми моделями, используемыми в теории расписаний и планирования, а также соответствием полученных результатов опубликованным ранее, верификацией результатов моделирования, промышленными экспериментами.

На защиту выносятся следующие положения и результаты:

1) Модифицированная модель функционирования ЦВУ учитывает наличие различных механизмов переключения заданий и позволяет использовать эти сведения при настройке диспетчеризации. Регулярный тип заданий, включенный в модель, позволяет детальнее описывать поведение заданий, обрабатывающих циклические асинхронные события, а тип заданий строгого времени - поведение низкоуровневых заданий, не требующих обязательной обработки всех событий инициации.

2) Алгоритм оценки выполнимости набора заданий для модифицированной модели функционирования устройства и реализующий его комплекс программ. Приведено условие для расчета времени отклика регулярных заданий, которое равно удвоенному времени выполнения собственно задания, а также времени его вытеснения высокоуровневыми заданиями. Показано, что количество выполненных запросов регулярного задания может быть на один запрос больше, чем у периодического задания за аналогичное время. Доказано, что влияние заданий с одинаковыми приоритетами равносильно влиянию заданий с более высоким приоритетом.

3) Алгоритм модификации набора заданий, который позволяет учесть особенности влияния механизма диспетчеризации на возможность выполнения устройством заданного набора заданий. Для апериодического подхода задание диспетчера должно быть разделено на набор подзаданий с параметрами, определяемыми свойствами прикладных заданий.

4) Применение модифицированной модели и разработанного для нее алгоритма оценки выполнимости позволяет с большей точностью описывать функционирование ЦВУ, а также использовать нестандартные, такие как

апериодический, подходы к организации диспетчера. Апериодический подход позволяет сократить накладные расходы на диспетчеризацию и увеличить вероятность выполнимости набора более чем в два раза по сравнению с классическим подходом при малом количестве прикладных заданий и при малом времени работы диспетчера.

5) Структура и принцип функционирования аппаратного диспетчера - устройства, реализующего часть функций по переключению между заданиями аппаратными средствами, а также принципы его взаимодействия с ЦВУ.

Практическая значимость работы. Предлагаемые решения позволяют улучшить эффективность организации диспетчеризации и с большей вероятностью получать положительные оценки выполнимости наборов заданий на вычислительных устройствах даже с низкой производительностью, что сокращает затраты на разработку ЦВУ и СУ. Также предлагаемые решения позволяют увеличивать границу максимальной вычислительной нагрузки на действующие ЦВУ, повышая тем самым их технические характеристики.

Предлагаемые алгоритмы могут применяться при проектировании и создании реальных вычислительных устройств. Возможность учета аппаратного механизма переключения между заданиями позволяет проводить анализ выполнимости наборов заданий при отсутствии программного диспетчера.

Реализация и внедрение результатов работы проведены совместно с ОАО «КБ Электроприбор» в рамках исследовательских и опытно-конструкторских работ по изделиям КРД (комплексный регулятор двигателя), ПКД (пульт контроля и диагностики) и СУДГ (система управления и диагностики генератора), что подтверждается актами внедрения, включенными в Приложение А.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на 6 международных конференциях: международная конференция «Проблемы управления, обработки и передачи информации (АТМ-2011)», Саратов, 2011; XXVI международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях -ММТТ-26», Саратов, Нижний Новгород, 2013; международная конференция «Проблемы управления, обработки и передачи информации (АТМ-2013)», Саратов, 2013; XXVII международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях -ММТТ-27», Саратов, Тамбов, 2014; 13-я международная конференция "Авиация и космонавтика - 2014", Москва, 2014; XXVIII международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-28», Саратов, 2015; и представлены в 20 печатных работах, 5 из которых - в изданиях, включенных в перечень рекомендуемых ВАК РФ. Имеются 3 свидетельства о регистрации программы для ЭВМ.

Результаты диссертационного исследования включены в Отчет о выполнении НИР по теме «Разработка JUSTEX - простота и качество экзоядра», поддержанной по программе «У.М.Н.И.К.» Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (договор № 4122ГУ2/2014 и № 470ГУ1/2013).

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка терминов, списка цитируемой литературы и приложений. Общий объем составляет 147 страниц, включая 63 рисунка, 6 таблиц, список литературы из 132 наименований и 3 приложения.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность выбора объекта и направления исследований, сформулированы цель и задачи, а также описаны научная новизна и основные положения, выносимые на защиту. Приводится краткое содержание каждой из глав.

В первой главе представлено описание модели функционирования ЦВУ (ФЦВУ). В качестве базовой выбрана модель, построенная на понятиях и положениях, используемых в работах М.В. Кавалерова, Н.Н. Матушкина, G. Buttazzo, K. Tindel и др. [16, 19, 22, 23, 28, 43, 44]. Функционирование ЦВУ представляется как последовательное непрерывное выполнение «заданий» из заданного набора.

Задание (task) - часть ЦВУ, выполненная аппаратными или программными средствами, реализующая некоторую самостоятельную функцию. Задание может запускаться на выполнение неограниченное число раз, а каждый запуск называется запросом (instance) задания. Под моделью ФЦВУ понимается система функций, описывающая состояние всех заданий в наборе во время работы устройства (т.е. описывающая поведение заданий).

Состояние заданий во времени изменяется по принципу, определяемому параметрами этих заданий. Из параметров заданий могут быть выражены параметры запросов. Поведение задания зависит от типа задания.

Модернизирована базовая модель ФЦВУ. Добавлен параметр, описывающий механизм реализации приоритетов. Реализация приоритета определяет способ переключения на выполнение заданного задания. В использовавшихся ранее моделях все задания считались реализованными программным диспетчером. Это добавляло большую избыточность и ухудшало результаты прогнозирования выполнимости всего набора, что доказано в главе 4.

В модифицированную модель добавлен тип регулярных заданий. Моменты инициации заданий этого типа являются неопределенными, но возникают в строго установленные временные отрезки и с постоянной средней частотой. Такое поведение часто встречается в ЦВУ, работающих в составе СУ. К этому типу могут быть отнесены практически все обработчики прерываний от внешних устройств. При описании задания с использованием спорадического и регулярного типов, в последнем случае оценка его влияния на другие задания в наборе оказывается меньшей, что описано в главе 2.

Также добавлены типы «строгого» (firm) реального времени (РВ). Для таких типов принято: если новый запрос инициируется до завершения предыдущего, то событие инициации и собственно запрос игнорируются. По сравнению со стандартным определением «строгих» заданий через {m.k}, где из к запросов должны быть обязательно выполнены m, принятое определение существенно упрощает тест выполнимости набора заданий.

Рассматриваемые в работе решения основываются на особенностях функционирования ЦВУ, входящих в состав СУ. Эти особенности формализованы и представлены через параметры предлагаемой модели.

Неоднородность заданий заключается в том, что в устройствах СУ каждому типу заданий соответствуют реализации конкретных функций системы. Как следствие, вероятности наличия в наборе заданий некоторых типов не являются одинаковыми.

Автономность ЦВУ выражается в неизменяемости количества и характеристик заданий в процессе эксплуатации устройства. Вследствие автономности, процедуры настройки механизма диспетчеризации и анализа выполнимости могут проводиться только один раз, на стадии разработки ЦВУ, перед запуском в производство. Это позволяет использовать в указанных процедурах алгоритмы, сложность которых выше полиномиальной.

Наличие заданий управления объектом заключается в том, что в ЦВУ СУ имеется часть программного и аппаратного обеспечения, реализующая функции цифрового регулятора. Поэтому в наборе заданий ЦВУ всегда существуют задания управления, реализующие ввод -расчет - вывод, и обладающие рядом особенностей.

Наличие заданий восстановления. Восстановление системы подразумевает приостановку работы и, возможно, ее перезапуск. Поэтому задание восстановления не требует учета при функционировании в нормальном режиме, хотя и может рассматриваться как прикладное.

Наличие служебных заданий, время выполнения которых соизмеримо со временем выполнения прикладных заданий, требует обязательного их учета при оценке выполнимости.

С учетом вышеперечисленных особенностей, в качестве показателя эффективности взаимодействия заданий в ЦВУ выбрана максимизация продуктивности диспетчеризации, т.е. отношения количества наборов, для которых анализ выполнимости заканчивается с положительным результатом, к количеству всех возможных наборов заданий. В качестве дополнительного показателя используется минимизация временной неопределенности, характеризующей максимальное отклонение периода дискретизации от его номинального значения.

Во второй главе описывается процедура оценки выполнимости набора заданий. Основная часть процедуры организации диспетчеризации заключается в назначении постоянных приоритетов всем заданиям в наборе по некоторому алгоритму. Оценка выполнимости является заключающей частью подготовки устройства к работе, в которой формируется заключение о работоспособности ЦВУ (в том смысле, что все задания, при заданных приоритетах, могут быть выполнены даже при максимальной нагрузке на вычислительную часть устройства). При разработке алгоритма проведения теста выполнимости использованы результаты C.L. Liu, J.W. Layland, M. Joseph, P. Pandya, K.W. Tindell, A. Burns, A.J. Wellings и др. [19, 28, 36, 45].

Для оценки выполнимости проводится вычисление максимального времени «отклика» каждого задания в наборе. Отклик задания - это время, которое при наихудшем стечении обстоятельств, может пройти с момента инициации запроса задания до момента завершения его выполнения. Основная идея теста выполнимости состоит в том, что отклик каждого задания,

при учете влияния на него других заданий из набора, должен быть меньше относительного крайнего срока завершения этого задания.

В настоящей работе в базовую формулу добавляется учет заданий с одинаковыми приоритетами. Эта особенность будет использована в главе 3. Показано что, в наихудшем случае, влияние задания с аналогичным приоритетом равносильно влиянию задания с более высоким приоритетом.

Для регулярных заданий установлено, что частота их инициации за промежуток времени, кратный периоду, на один вызов больше, чем у периодических и спорадических заданий. Это результат того, что запрос может быть инициирован в конце периода.

Задания «строгого» РВ в наиболее «тяжелом» случае, с точки зрения потребления процессорного времени, ведут себя как задания жесткого реального времени. Поэтому в тесте выполнимости они рассматриваются как задания «жесткого» РВ.

В главе также описан способ усовершенствования теста выполнимости, позволяющий с большей точностью определять время отклика периодических заданий. Для этого выведено условие, позволяющее оценить отсутствие взаимовлияния периодических заданий, если интервалы их возможной активности не пересекаются.

В третьей главе рассматриваются эффекты, возникающие при учете времени работы механизма диспетчеризации (т.е. времени переключения между заданиями). Диспетчер -программа или аппаратное устройство, реализует обработку определенных событий, требует некоторого процессорного времени для выполнения своих функций.

Для наиболее используемого классического подхода учет диспетчера возможно осуществить через ряд упрощений, описанных, например, в работах авторов A. Burns, K.W. Tindell, A.J. Wellings и др. [16, 17, 19-23, 25]. Диспетчер инициируется равномерно через заданные промежутки времени, поэтому время его выполнения можно добавить ко времени выполнения прикладных заданий.

Использование апериодического подхода, в котором у служебного задания отсутствует строго установленный период, может обеспечить ряд преимуществ. Однако он требует точного определения поведения диспетчера. В настоящей работе эта задача решается применением экзоядерной архитектуры при организации взаимодействия заданий в устройстве. Это решение позволяет сократить количество системных вызовов и упростить определение моментов инициации диспетчера.

Предлагается рассматривать задание диспетчера как набор подзаданий, каждое из которых отвечает за инициацию или завершение одного из прикладных заданий. Это позволяет точнее прогнозировать влияние диспетчера, но приводит к значительному увеличению заданий в наборе. Показано, что подзадания инициации будут иметь поведение соответствующего прикладного задания, но всегда будут иметь тип «жесткого» РВ. Для подзаданий завершения описываются дополнительные типы.

В четвертой главе описаны результаты моделирования, в котором исследовались предлагаемые в настоящей работе решения. Большинство экспериментов основано на

статистических методах и имитационном моделировании. Исходными данными является большое количество случайно сгенерированных наборов заданий.

Параметры законов распределения, используемых при генерации тестовых данных, получены экспериментальным исследованием испытательных прототипов таких устройств СУ, как ПКД, СУДГ, КРД (ОАО «КБ Электроприбор») различных модификаций.

Первый эксперимент показывает эффективность использования модифицированной модели ФЦВУ. Показано, что когда некоторый набор, описанный базовой моделью ФЦВУ, является невыполнимым, то этот набор, описанный модифицированной моделью, может оказаться выполним. Второй эксперимент показывает эффективность применения предложенного во второй главе усовершенствования процедуры выполнимости.

Целью последнего эксперимента является сравнение эффективности диспетчеризации при использовании классического и апериодического подходов к организации переключения заданий. Показано, что в исследуемой области апериодический подход оказался эффективнее в большем количестве случаев. Для обоих подходов экспериментально найдены наборы заданий, выполнимость которых достигается при применении только одного из них, т.е. подходы не взаимозаменяемы.

В пятой главе представлена структура устройства, предназначенного для сокращения времени переключения между заданиями в процессе функционирования ЦВУ. Большая доля этого времени приходится на обработку таблиц заданий и выбор активного задания диспетчером. Выполнять эти действия предлагается отдельным устройством, называемым в работе «аппаратным диспетчером» (АД).

Аппаратный диспетчер взаимодействует с ЦВУ по параллельной системной шине (с линиями адреса, данных и управляющими линиями) и по одной сигнальной линии, которая является выходом АД и должна быть подключена к линии внешнего прерывания ЦВУ. Линия предназначена для информирования ЦВУ о наступлении некоторого события, связанного со срабатыванием таймеров в составе АД.

Основные результаты и выводы изложены в заключении.

1 Модель функционирования вычислительного устройства

Большинство цифровых вычислительных устройств (ЦВУ) строятся на основе микроконтроллеров [3, 7, 8] и средств процессорной техники. Поведение этих устройств и выполняемые ими функции реализуются программным и аппаратным обеспечением. От точности реализации заданных функций этими компонентами зависит качество всей системы.

В настоящей работе объектом является ЦВУ, входящее в состав системы управления (СУ). Одной из важных характеристик последней является качество управления объектом, которое зависит от точности реализации закона управления. Подробный разбор этих вопросов проведен в работах [46-50]. При увеличении сложности ЦВУ множество заданий, выполняемых им, начинают взаимно влиять. Все сложнее становится прогнозировать параметры его функционирования и необходимое для работы время. Повышение эффективности прогнозирования позволит лучше распределить выполнение заданий в устройстве и повысить его характеристики.

В главе описывается модель функционирования ЦВУ (ФЦВУ), которая позволит с большей точностью оценивать время, необходимое для функционирования программ и аппаратных устройств в ЦВУ СУ. Модель является расширением базовых моделей учетом особенностей СУ [51].

Также здесь будут описаны показатели, позволяющие сравнить потенциал увеличения качества ЦВУ при использовании различных моделей и алгоритмов.

1.1 Базовая модель

Модели ФЦВУ, рассматривающие функционирование устройства как выполнение набора заданий, широко используются в теории планирования систем реального времени. В качестве примера можно рассмотреть работы [16, 19, 22, 23, 28, 43, 44]. Из них взята модель, которая будет рассматриваться как базовая. Не рассматривавшиеся ранее механизмы и термины согласованы с трудами по теории алгоритмов [52, 53] и операционным системам [18, 54]. Это позволит в дальнейшем расширить модель для более детального описания особенностей СУ.

Описание приведено через общие понятия, отражающие поведение составных частей ЦВУ. Это позволяет сохранить общность модели и независимость от используемой аппаратной платформы или программного обеспечения. Понятия в модели подобраны и сформулированы так, чтобы максимально учитывать особенности систем реального времени. Однако они могут без изменений использоваться в любых других вычислительных системах.

В описании модели часто возникала проблема отсутствия четкой общепринятой терминологии. Это связано с большим технологическим скачком, произошедшим с момента зарождения наук о вычислительной технике, с неточностями перевода с различных языков (что подтверждает высокую актуальность проблемы в международном масштабе). Дополнительно, рассматриваемая проблема исследуется в различных направлениях, в которых изложена по-разному. Далее в работе используются терминология и обозначения, максимально

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Соколов Алексей Олегович, 2015 год

Список литературы

1. История создания систем управления космических аппаратов / В. П. Легостаев, Е. А. Микрин // Автоматика и телемеханика. - 2013. - №. 3. - С. 15-37.

2. Об интеллектуальном управлении мехатронными системами / Е. В. Шалобаев // Датчики и системы. - 2002. - №. 2. - С. 8-12.

3. Цифровые системы автоматизации и управления / Г. Олссон, Д. Пиани. - СПб. : Невский Диалект, 2001. - 557 с.

4. Системы на микроконтроллерах и БИС программируемой логики / В. Б. Бродин,

A. В. Калинин. - М. : ЭКОМ, 2002. - 400 с.

5. Современные системы управления / Р. Дорф, Р. Бишоп ; перевод с англ. Б. И. Копылова. - М. : Лаборатория Базовых Знаний, 2002. - 832 с.

6. Программное обеспечение встроенных вычислительных систем / А. О. Ключев [и др]. -СПб. : СПбГУ ИТМО, 2009. - 212 с.

7. Real-time systems development / R. Williams. - [S. l.] : Butterworth-Heinemann, 2005. -[455 p.].

8. Real-time systems: design principles for distributed embedded applications / H. Kopetz ; Consulting editor J. A. Stankovic. - N.Y. [etc.] : Kluwer Academic Publishers, 2002. - [338 p.].

9. Timing problems in real-time control systems / J. Nilsson [et al.] // Intern. Rep. ISRN KTH/MMK-98/20-SE. - 1998. - Vol. 3. - P. 2000-2004.

10. Основы анализа дискретных систем автоматического управления / Ю. В. Садомцев. -Саратов : Изд-во Саратовского государственного технического университета, 1998. - [88 c.].

11. Дискретные системы управления со случайным периодом квантования /

B. М. Артемьев, А. В. Ивановский. - М. : Энергоатомиздат, 1986. - 96 с.

12. Delay-dependent criteria for robust stability of time-varying delay systems / M. Wu [et al.] // Automatica. - 2004. - Vol. 40, №. 8. - P. 1435-1439.

13. Jitter compensation for real-time control systems / P. Marti [et al.] // Real-Time Systems Symposium, 2001.(RTSS 2001). Proceedings. 22nd IEEE. - 2001. - P. 39-48.

14. Timing problems in real-time control systems / B. Wittenmark, J. Nilsson, M. Torngren // American Control Conference, Seattle, Washington, January 1995. - 1995. - Vol. 3. - P. 2000-2004.

15. Разработка программного обеспечения для систем управления двигателями летательных аппаратов : учеб. пособие / М. В. Кавалеров, Н. Н. Матушкин, А. А. Южаков. -Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-таб 2012. - 148 с.

16. Применение алгоритма получения условия допустимости стандартного ограничения реального времени для примеров линейных интервальных ограничений / М. В. Кавалеров, Н. Н. Матушкин // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. - 2012. - №. 6. - С. 104-114.

17. Применение обобщенных нестандартных ограничений реального времени в условиях планирования с фиксированными приоритетами / М. В. Кавалеров, Н. Н. Матушкин // Информационные технологии. - 2005. - №. 6. - С. 842-848.

18. Современные операционные системы. 3-е изд. / Э. Таненбаум. - СПб. : Питер, 2010. -1120 с. - (Серия «Классика computer science»).

19. An extendible approach for analyzing fixed priority hard real-time tasks / K. W. Tindell, A. Burns, A. J. Wellings // Real-Time Systems. - 1994. - Vol. 6, №. 2. - P. 133-151.

20. Handling sporadic tasks in real-time systems. Combined offline and online approach : licentiate thesis / D. Isovic. - Malardalen, 2001. - 101 p. - (Malardalen University Press Licentiate Theses). - ISBN 91-88834-20-4.

21. Predictably Flexible Real-Time Scheduling / G. Fohler // Advances in Real-Time Systems. -Berlin, 2012. - P. 207-221.

22. Generalized pre-scheduler / W. Wang, A. K. Mok, G. Fohler // Real-Time Systems, 2004. ECRTS 2004. Proceedings. 16th Euromicro Conference on. - 2004. - P. 127-134.

23. Hard real-time computing systems: predictable scheduling algorithms and applications / G. C. Buttazzo ; Series Editor J. A. Stankovic. - Third Edition. - [S. l.] : Springer Science+Business Media, 2011. - [521 p.].

24. Real time scheduling theory: A historical perspective / L. Sha [et al.] // Real-time systems. -2004. - Vol. 28, №. 2-3. - P. 101-155.

25. Handling mixed sets of tasks in combined offline and online scheduled real-time systems / D. Isovic, G. Fohler // Real-time systems. - 2009. - Vol. 43, №. 3. - P. 296-325.

26. Integrating model-based design and preemptive scheduling in mixed time-and event-triggered systems / N. Scaife, P. Caspi // Real-Time Systems, 2004. ECRTS 2004. Proceedings. 16th Euromicro Conference on. - 2004. - P. 119-126.

27. Embedded System Design / P. Marwedel. - Dordrecht : Springer, 2006. - [241 p.].

28. Finding response times in a real-time system / M. Joseph, P. Pandya // The Computer Journal. - 1986. - Vol. 29, №. 5. - P. 390-395.

29. Real-time control and scheduling co-design for efficient jitter handling / M. Behnam, D. Isovic // Proceedings of the 13th IEEE International Conference on Embedded and Real-Time Computing Systems and Applications. - 2007. - P. 516-524.

30. Планирование задач в системах автоматизации и управления при линейных интервальных ограничениях реального времени / М. В. Кавалеров, Н. Н. Матушкин // Проблемы управления. - 2008. - № 1. - С. 51-61.

31. Overload management in real-time control applications using (m, k)-firm guarantee / P. Ramanathan // Parallel and Distributed Systems, IEEE Transactions on. - 1999. - Vol. 10, №. 6. -P. 549-559.

32. Real-time control systems with delays : PhD thesis : Published by Department of Automatic Control Lund Institute of Technology / J. Nilsson J. - Lund : Lund institute of Technology, 1998. -138 p. - ISSN 0280-5316.

33. Computing the worst case execution time of an avionics program by abstract interpretation / J. Souyris [et al.] // Proceedings of the 5th Intl Workshop on Worst-Case Execution Time (WCET) Analysis. - 2005. - P. 21-24.

34. Safe measurement-based WCET estimation / J. F. Deverge, I. Puaut // Proceedings of the 5th Intl Workshop on Worst-Case Execution Time (WCET) Analysis. - 2005. - P. 13-16.

35. Worst-case execution time aware compilation techniques for real-time systems / P. Lokuciejewski, P. Marwedel. - [S. l.] : Springer Science+Business Media B.V., 2011. - [260 p.].

36. Effective analysis for engineering real-time fixed priority schedulers / A. Burns, K. Tindell, A. Wellings // IEEE Transactions on Software Engineering. - 1995. - Vol. 21, № 5. - 475-480 p.

37. Schedulability analysis for tasks with static and dynamic offsets / J. C. Palencia, M. G. Harbour // Proceedings of the 19th IEEE Real-Time Systems Symposium. - 1998. - P. 26-37.

38. The digraph real-time task model / M. Stigge [et al.] // Real-Time and Embedded Technology and Applications Symposium (RTAS), 2011 17th IEEE. - 2011. - P. 71-80.

39. Efficient scheduling of sporadic, aperiodic, and periodic tasks with complex constraints / D. Isovic, G. Fohler // Proceedings of the 21st IEEE Real-Time Systems Symposium. - 2000. - P. 207-216.

40. Task automata: schedulability, decidability and undecidability / E. Fersman [et al.] // Information and Computation. - 2007. - Vol. 205. - №. 8. - P. 1149-1172.

41. Soft real-time scheduling for embedded control systems / D. Fontanelli, L. Greco, L. Palopoli // Automatica. - 2013. - № 49. - P. 2330-2338.

42. Generalized multiframe tasks / S. Baruah [et al.] // Real-Time Systems. - 1999. - Vol. 17, № 1. - P. 5-22.

43. Планирование задач в системах автоматизации и управления при нестандартных ограничениях реального времени : дис. ... канд. техн. наук : 05.13.06 : защищена 25.05.07 / Максим Владимирович Кавалеров. - Пермь, 2007. - 143 с.

44. Теория расписаний и вычислительные машины / под редакцией Э. Г. Коффмана ; перевод с английского В. М. Амочкина ; под редакцией Б. А. Головкина. - М. : Наука, 1984. -[336 с.].

45. Scheduling algorithms for multiprogramming in a hard-real-time environment / C. L. Liu, J. Layland // Journal of the ACM (JACM). - 1973. - Vol. 20, №. 1. - P. 46-61.

46. Показатели качества программного обеспечения цифровых регуляторов / А. О. Соколов, О. А. Терентьев // Вестник Воронежского государственного технического университета. - Воронеж, 2013. - Т. 9, № 4. - С. 98-102.

47. Classification of digital controller software quality / A. O. Sokolov, K. G. Sokolova // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-27: сб. трудов XXVII Междунар. науч. конф. : в 12 т. Т.6. - Тамбов, 2014. - С. 135-138.

48. Контроль периода дискретизации в современных САУ методом двойного цикла / А. О. Соколов // Проблемы управления, обработки и передачи информации (АТМ-2011) : сб. трудов II Междунар. науч. конф.: в 2т. - Саратов, 2012. - Т. 2. - С. 16-18.

49. Модель вычислительных процессов в цифровой системе автоматического управления / А. Д. Ломсадзе, С. А. Крайнев, А. О. Соколов // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-27: сб. трудов XXVII Междунар. науч. конф. : в 12 т. Т. 9. - Саратов, 2014. - С. 177-181.

50. Модель программного обеспечения цифрового регулятора / А. Д. Ломсадзе, А. О. Соколов, О. А. Терентьев // Проблемы управления, обработки и передачи информации (АТМ-2013): сб. тр. III Междунар. науч. конф.: в 3 т. - Саратов, 2013. - Т. 3. - С. 132-138.

51. Модель программного обеспечения систем реального времени / А. О. Соколов // Программная инженерия. - 2014. - № 7. - С. 9-16.

52. Систематическое Программирование. Введение / Н. Вирт ; перевод с английского Вик. С. Штаркмана ; под редакцией Ю. М. Баяковского. - М. : Мир, 1977. - [183 с.].

53. Взаимодействующие последовательные процессы : Пер. с англ. / Ч. Хоар. - М. : Мир, 1989. - 264 с.

54. Операционные системы. Разработка и реализация. 3-е изд. / Э. Таненбаум, А. Вудхалл.

- СПб. : Питер, 2007. - 704 с. - (Серия «Классика Computer science»).

55. ГОСТ 19781-90 Обеспечение систем обработки информации. Программное. Термины и определения. - Введ. 1992-01-01. - М. : Стандартинформ, 2005. - 14 с.

56. Теория автоматов : Учебник для вузов / Ю. Г. Карпов. - СПб. : Питер, 2003. - 208 с.

57. Искусство программирования, том 1. Основные алгоритмы / Д. Кнут. - 3-е изд. - М. : Вильямс, 2006. - 720 с.

58. Микропроцессоры. В 3-х кн. Кн. 1. Архитектура и проектирование микро-ЭВМ. Организация вычислительных процессов : Учеб. для втузов / П. В. Нестеров [и др.] ; под редакцией Л. Н. Преснухина. - М.: Высш. шк., 1986. - 495 с.

59. Современные микропроцессоры / В. В. Корнеев, А. В. Киселев. - 3-е изд., перераб. и доп. - СПб. : БХВ-Петербург, 2003. - 448 с.

60. Cortex-M3 Technical Reference Manual / ARM Limited. - Revision r2p1. - Electronic text data (1 file: 137 p.). - [S. l.] : ARM, 2010. - Mode of access: http://infocenter.arm.com/help/index.jsp.

- Access date: 25.04.2014.

61. Системы на микроконтроллерах и БИС программируемой логики / В. Б. Бродин, А. В. Калинин. - М. : Издательство ЭКОМ, 2002. - 400 с.

62. Ядро Cortex - M3 компании ARM. Полное руководство / Джозеф Ю; пер. с англ. А. В. Евстифеева. - М. : Додэка-XXI, 2012. - 552 с. - (Мировая электроника).

63. 32-разрядный контроллер для авиационного применения 1986ВЕ1Т, К1986ВЕ1Т, К1986ВЕ^, К1986ВЕ1Н4. Спецификация ТСКЯ.431296.008СП / ЗАО «ПКК Миландр». -Версия 1.1.0 от 13.09.2012. - Электрон. текстовые дан. (1 файл: 517 с.). - [Б. м.] : ПКК Миландр, 2012. - Режим доступа: http://milandr.ru. - Дата обращения: 20.03.2014.

64. Серия 1986ВЕ9х, К1986ВЕ9х, К1986ВЕ92QI, К1986ВЕ92QC, К1986ВЕ91Н4, высокопроизводительных 32-разрядных микроконтроллеров на базе процессорного ядра ARM Cortex-M3. Спецификация ТСКЯ.431296.001СП / ЗАО «ПКК Миландр». - Версия 3.7.1 от

11.03.2015. - Электрон. текстовые дан. (1 файл: 516 с.). - [Б. м.] : ПКК Миландр, 2015. - Режим доступа: http://milandr.ru. - Дата обращения: 02.06.15.

65. Микросхемы интегральные 1874ВЕ76Т, 1874ВЕ06Т, 1874ВЕ05Т. Техническое описание КФДЛ.431295.019ТО / ОАО «НИИЭТ». - Ред. 5 от 20.02.2013. - Электрон. текстовые дан. (1 файл: 274 с.). - [Б. м.] : НИИЭТ, 2008. - Режим доступа: http://www.niiet.ru. - Дата обращения: 26.08.15.

66. Микросхема интегральная 1887ВЕ3Т. Техническое описание КФДЛ.431295.029ТО / ОАО «НИИЭТ». - Ред. 5 от 20.01.2011. - Электрон. текстовые дан. (3 файла: 835 с. вместе). -[Б. м.] : НИИЭТ, 2015. - Режим доступа: http://www.niiet.ru. - Дата обращения: 26.08.15.

67. ГОСТ Р ИСО'МЭК 9126-93. Оценка программной продукции. Характеристики качества и руководства по их применению. - Введ. 1994-07-01. - М. : Издательство стандартов, 1994. - III, 16 с.

68. ГОСТ 28195-89. Оценка качества программных средств. Общие положения. - Введ. 1990-07-01. - М. : Издательство стандартов, 1989. - 38 с.

69. Relaxed (m, k)-firm Constraint to Improve Real-time Streams Admission Rate under Non Pre-emptive Fixed Priority Scheduling / L. Jian, S. Ye-Qiong // Emerging Technologies and Factory Automation, 2006. ETFA'06. - 2006. - P. 1051-1060.

70. Enhanced fixed-priority scheduling with (m, k)-firm guarantee / G. Quan, X. Hu // Proceedings of the 21st IEEE Real-Time Systems Symposium. - 2000. - P. 79-88.

71. Инструменты разработки программного обеспечения автономных программно-аппаратных комплексов / А. О. Соколов, О. А. Терентьев // 13-я Международная конференция "Авиация и космонавтика - 2014". 17-21 ноября 2014 года. Москва. Тезисы. - СПб., 2014. - С. 439-441.

72. Event-triggered real-time scheduling of stabilizing control tasks / P. Tabuada // IEEE Transactions on Automatic Control. - 2007. - Vol. 52, №. 9. - P. 1680-1685.

73. Event-triggered versus time-triggered real-time systems / H. Kopetz // Proc. Int. Workshop on Operating Systems of the 90s and Beyond Lecture Notes in Computer Science. - Berlin, 1991. -Vol. 563. P. 87-101.

74. Should responsive systems be event-triggered or time-triggered? / H. Kopetz // IEICE Transactions on Information and Systems. - 1993. - Vol. E76-D, №. 11. - P. 1325-1332.

75. Comparison of event-triggered and time-triggered concepts with regard to distributed control systems / A. Albert // Embedded World. - 2004. - P. 235-252.

76. Embedded system design / R. Camposano, J. Wilberg // Design Automation for Embedded Systems. - 1996. - Vol. 1. - №. 1-2. - P. 5-50.

77. Цифровые системы управления : Пер. с англ. / Р. Изерман. - М. : Мир, 1984. - 541 с.

78. Embedded system design: modeling, synthesis and verification / D. D. Gajski [et al.]. - [S. l.] : Springer Science+Business Media, 2009. - [352 p.].

79. Scheduling Garbage Collection in Embedded Systems : PhD thesis : Published by Department of Computer Science Lund Institute of Technology / R. Henriksson. - Lund : Lund University, 1998. - X, 164 p.

80. Weakly hard real-time systems / G. Bernat, A. Burns, A. Liamosi // IEEE Transactions on Computers. - 2001. - Vol. 50, № 4. - P. 308-321.

81. Robust performance of soft real-time networked control systems with data dropouts / Q. Ling, M. D. Lemmon // Decision and Control, 2002, Proceedings of the 41st IEEE Conference on. -2002. - Vol. 2. - P. 1225-1230.

82. Применение оценочных параметров для уточнения показаний датчиков / А. О. Соколов, О. В. Ушакова // Проблемы управления, обработки и передачи информации (АТМ-2011) : сб. трудов II Междунар. науч. конф. : в 2т. - Саратов, 2012. - Т. 2. - С. 14-16.

83. Алгоритмические языки реального времени: конструирование и разработка : Пер. с англ. / С. Янг. - М. : Мир, 1985. - 400 с.

84. Алгоритмы: построение и анализ / Т. Кормен, Ч. Лейзерсон, Р. Ривест ; Пер. с англ. под ред. А. Шеня. - М. : МЦНМО, 2002. - 960 с.

85. Математические методы анализа алгоритмов / Д. Грин, Д. Кнут. - М. : Мир, 1987. -

120 с.

86. Структуры данных и алгоритмы : Пер. с англ. : Уч. пос. / А. В. Ахо, Дж. Е. Хопкрофт, Дж. Д. Ульман. - М. : Вильямс, 2000. - 384 с.

87. On component-based development and high-integrity real-time systems / M. Panunzio, T. Vardanega // 15th IEEE International Conference on Embedded and Real-Time Computing Systems and Applications. RTCSA'09. - 2009. - P. 79-84.

88. Simple stability criteria for systems with time-varying delays / C. Y. Kao, B. Lincoln // Automatica. - 2004. - Vol. 40, №. 8. - P. 1429-1434.

89. The jitter margin and its application in the design of real-time control systems / A. Cervin [et al.] // Proceedings of the 10th International Conference on Real-Time and Embedded Computing Systems and Applications. - Gothenburg, 2004. - P. 1-9.

90. Надежность программного обеспечения : Пер. с англ. / Г. Майерс. - М. : Мир, 1980. -[358 с.].

91. Основы надежности электронных средств : учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / Н. П. Ямпурин, А. В. Баранова ; под ред. Н. П. Ямпурина. - М. : Издательский центр «Академия», 2010. - 240 с.

92. Trends in embedded software engineering / P. Liggesmeyer, M. Trapp // IEEE Software. -2009. - Vol. 26, №. 3. - P. 19-25.

93. Software quality metrics and their impact on embedded software / M. F. S. Oliveira [et al.] // Model-based Methodologies for Pervasive and Embedded Software, 2008. MOMPES 2008. 5th International Workshop on. - 2008. - P. 68-77.

94. Designing high-quality embedded control systems with guaranteed stability / A. Aminifar [et al.] // Real-Time Systems Symposium (RTSS), 2012 IEEE 33rd. - 2012. - P. 283-292.

95. ГОСТ 28806-90. Качество программных средств. Термины и определения. - Введ. 1992-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 1991. - 8 с.

96. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия и определения. - Введ. 1990-07-01. - М. : ИПК Издательство стандартов, 2002. - 24 с.

97. ГОСТ 27.301-95 Расчет надежности. Основные положения. - Введ. 1997-01-01. - М. : ИПК Издательство стандартов, 1996. - III, 16 с.

98. Использование моделей надежности программного обеспечения на разных этапах жизненного цикла / А. О. Соколов // Проблемы управления, обработки и передачи информации (АТМ-2013): сб. тр. III Междунар. науч. конф.: в 2 т. - Саратов, 2013. - Т. 2. - С. 203-207.

99. Модель оценки надежности программного обеспечения методами классической теории надежности / А. О. Соколов // Проблемы управления, обработки и передачи информации (АТМ-2013): сб. тр. III Междунар. науч. конф.: в 2 т. - Саратов, 2013. - Т. 2. - С. 207-213.

100. Повторное использование программного обеспечения в цифровых устройствах авиационной техники / А. О. Соколов, О. А. Терентьев // 13-я Международная конференция "Авиация и космонавтика - 2014". 17-21 ноября 2014 года. Москва. Тезисы. - СПб., 2014. - С. 453-454.

101. Оценка выполнимости наборов задач реального времени / А. О. Соколов // Программная инженерия. - 2014. - № 9. - С. 23-29.

102. Численные методы Монте-Карло / И. М. Соболь. - М. : Наука, 1973. - 312 с.

103. Основы операционных систем. Курс лекций. Учебное пособие / В. Е. Карпов, К. А. Коньков ; под редакцией В. П. Иванникова. - М. : ИНТУИТ.РУ «Интернет-Университет Информационных Технологий», 2005. - 536 с.

104. One-shot time management analysis in epos / G. Gracioli [et al.] // International Conference of the Chilean Computer Science Society, 2008. SCCC'08. - 2008. - P. 92-99.

105. Periodic timers revisited: The real-time embedded system perspective / A. A. Frohlich, G. Gracioli, J. F. Santos // Computers & Electrical Engineering. - 2011. - Vol. 37, №. 3. - P. 365-375.

106. Getting maximum mileage out of tickless / S. Siddha, V. Pallipadi, A. V. D. Ven // Proceedings of the Linux Symposium. - 2007. - Vol. 2. - P. 201-207.

107. Contiki - a lightweight and flexible operating system for tiny networked sensors / A. Dunkels, B. Gronvall, T. Voigt // Local Computer Networks, 2004. 29th Annual IEEE International Conference on. - 2004. - P. 455-462.

108. A real-time kernel for wireless sensor networks employed in rescue scenarios / H. Will, K. Schleiser, J. Schiller // The 4th IEEE International Workshop on Practical Issues In Building Sensor Network Applications (SenseApp 2009) - Zurich, 2009. - P. 834-841.

109. Оценка влияния апериодического диспетчера в системах реального времени / А. О. Соколов // Программная инженерия. - 2015. - № 1. - С. 12-23.

110. Экзоядро с точки зрения систем реального времени / А. О. Соколов // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-26 : сб. трудов XXVI Междунар. науч. конф.: в 10т. Т. 9. Секция 11. - Нижний Новгород, 2013. - С. 121-124.

111. _JUSTEX - простота и качество экзоядра / А. О. Соколов // Участники школы молодых ученых и программы УМНИК : сб. трудов XXVI Междунар. науч. конф.: в 2-х ч. Часть 1. - Саратов, 2013. - С. 17-20.

112. Сетевые операционные системы / В. Г. Олифер, Н. А. Олифер. - СПб. : Питер, 2002. -

544с.

113. The Exokernel Operating System Architecture : Submitted to the Department of Electrical Engineering and Computer Science on May 18, 1998, in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in Computer Science and Engineering / Dawson R. Engler. - Boston : MIT, 1998. - 92 p.

114. Exokernel: An operating system architecture for application-level resource management / D. R. Engler, M. F. Kaashoek, J. O'Toole Jr. // SIGOPS '95 - 1995. - Vol. 29, №. 5. - P. 251-266.

115. Application performance and flexibility on exokernel systems / M. F. Kaashoek [et al.] // To appear in the Proceedings of the 16th Symposium on Operating Systems Principles (SOSP). - 1997. -Vol. 31, №. 5. - P. 52-65.

116. Exterminate all operating system abstractions / D. R. Engler, M. F. Kaashoek // Hot Topics in Operating Systems, 1995. (HotOS-V), Proceedings., Fifth Workshop on. - 1995. - P. 78-83.

117. Research purpose operating systems - a wide survey / P. Chakraborty // GESJ: Computer Sciences and Telecommunications. - 2010. - № 3(26). - P. 147-160.

118. Operating system support for multimedia systems / T. Plagemann [et al.] // Computer Communications. - 2000. - Vol. 23, № 3. P. 267-289.

119. Time efficient adaptive mutual exclusion algorithms / G. L. Peterson // PODC. - 2000. - P.

1-15.

120. A metric for quantifying similarity between timing constraint sets in real-time systems / Y. Yu, S. Ren, X. S. Hu // ACM Transactions on Design Automation of Electronic Systems (TODAES). - 2011. - Vol. 16, №. 3. - P. 34:1-34:33.

121. Быстродействующая операционная система реального времени для высоконадежных систем / А. О. Соколов // Участники школы молодых ученых и программы УМНИК : сб. трудов XXV Междунар. науч. конф. - Саратов, 2012. - С. 108-110.

122. Упрощение верификации встраиваемых систем средствами операционной системы реального времени / А. О. Соколов // Математические методы в технике и технологиях -ММТТ-26 : сб. трудов XXVI Междунар. науч. конф.: в 10т. Т. 9. Секция 11. - Нижний Новгород, 2013. - С. 118-121.

123. Повышение портируемости встроенной операционной системы / А. О. Соколов // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-26 : сб. тр. XXVI Междунар. науч. конф.: в 2ч. Ч.2. - Ангарск [и др.], 2013. - С. 195-199.

124. Российская Федерация. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ №2015616776. _JustOS / А. О. Соколов; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО СГТУ имени Гагарина Ю.А. (RU). - заявка № 2015613310 ; заявл. 23.04.15 ; опубл. 22.06.15.

125. Российская Федерация. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ №2013617231. CV / А. О. Соколов, О. А. Терентьев, В. Ю. Челмадеев; заявитель и патентообладатель ОАО «КБ Электроприбор» (RU). - заявка № 2013612567 ; заявл. 01.04.13 ; опубл. 06.08.13.

126. Российская Федерация. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ №2013617167. OBS / Д. Ю. Бабанов, А. О. Соколов, О. А. Терентьев; заявитель и

патентообладатель ОАО «КБ Электроприбор» (RU). - заявка № 2013613253 ; заявл. 23.04.13 ; опубл. 02.08.13.

127. Теория вероятностей и математическая статистика на базе Matlab : Учебное пособие / С. П. Иглин. - Харьков : НТУ «ХПИ», 2006. - 612 с.

128. Математика случая: Вероятность и статистика - основные факты : Учебное пособие / А.И.Орлов. - М. : МЗ-Пресс, 2004. - 110 с.

129. Numerical methods in engineering with MATLAB®. Second Edition / J. Kiusalaas. - [New York] : Cambridge university press, 2010. - [431 p.].

130. Основы статистической обработки измерительной информации в задачах автоматического управления: учеб. пособие / А.А. Львов. - Саратов : СГТУ, 2005. - 84 с.

131. Защищенный модуль управления памятью для микроконтроллера / А. О. Соколов, Л. А. Блюштейн // Вестник Саратовского государственного технического университета. -Саратов, 2013. - Т. 1, № 1(69). - С. 204-208.

132. Устройство управления памятью для микроконтроллерных устройств / Д.Ю. Прусов, А.О. Соколов // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-27: сб. трудов XXVII Междунар. науч. конф. : в 12 т. Т. 9. - Саратов, 2014. - С. 173-177.

Приложение А Акты внедрения результатов работы.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

« КБ ЭЛЕКТРОПРИБОР »

УТВЕРЖДАЮ

Россия, 410065, Саратов 2-й Красноармейский тупик, 3 Телеграфный адрес "МАГНИТ" Телефон [phone] Факс [phone] E-mail: magiiet@kbep.m

N

от

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

Комиссия в составе представителей ОАО «КБ Электроприбор»: главного конструктора Пилипепко A.B.; заместителя главного конструктора Голодного А.И.; ведущего конструктора Челмадеева В.Ю., начальника бригады разработки ПО Терентьева O.A., составила данный акт о том, что в ОАО «КБ Электроприбор» при исследовании возможности модификации изделия КРД-142В. предназначенного для управления вспомогательной силовой установкой ТА14-130-28, были использованв: следующие работы:

"Разработка специализированной операционной системы для повышения качества работы цифровых регуляторов", автор Соколов А.О.

"Решение задачи планирования с фиксированными приоритетами в системах реального времени", автор Крайнев С.А.

Работы проводились в рамках инициативной поисковой работы по исследованию состава и принципов построевшя встроенных программных средств, обеспечивающих повышение качества разрабатываемых изделий авиационной техники.

С учётом теории автоматического управления определялись некоторые принципы и ряд характеристик специализированной операционной системы реального времени, реализующей специальные алгоритмы планирования и контроля временных характеристик вычисления задач управления как до выполнения полёта, так и непосредственно в полёте. Полученные данные позволяют организовать многоуровневую систему программно-аппаратного контроля, повышающую надежность и безопасность изделий авиационной техники. Благодаря оптимальному выбору способа планирования и способа назначения приоритетов, а также благодаря специальным методикам преобразования ограничений задач, становится возможным увеличить целевое использование вычислительных ресурсов по сравнению с известными операционными системами типа QNX, VxWorks, Fre»

Главный конструктор Замсстителв главного конструктора Ведущий конструктор Начальник бригады разработки ПО

A.B. Пи.типенко

A.И. Голодный

B.10. Челмадеев

OA. "Герептьев

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

« КБ ЭЛЕКТРОПРИБОР »

Россия, 410065, Саратоп 2-й Красноармейский тупик, 3 'Телеграфный адрес "МАГНИТ" Телефон [phone] Факс [phone] E-mail: magtiet@kbi:p.ru

УТВЕРЖДАЮ ^нерального директора по науке «вдзный конструктор лО &КБ Электроприбор»

Л.Е. Резник

N

от

с'iL-нт3t?/.1 2015 г.

/

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

Комиссия в составе представителей ОАО «КБ Электроприбор»:

главного конструктора отдела конверсионных программ Пилипенко A.B.; заместителя главного конструктора отдела конверсионных программ Голодного A.Ii.: ведущего конструктора Челмадеева В.Ю.; начальника бригады разработки ПО Терентьева O.A. составила данный акт о том, что в ОАО «КБ Электроприбор» применены результаты, полученные Соколовым Алексеем Олеговичем в его работе "Повышение эффективности функционирования цифровых вычислительных устройств в системах управления", а именно:

1) расширенная модель функционирования ЦВУ, позволяющая с высокой степенью адекватности описать процесс работы вычислительного устройства в составе системы управления;

2) алгоритм оценки выполнимости набора заданий, построенный на основе расширенной модели;

3) алгоритм модификации набора заданий, позволяющий учесть влияние диспетчера при оценивании выполнимости набора заданий;

4) структура и принцип функционирования аппаратного диспетчера - устройства, реализующего часть функций по переключению между заданиями.

Применение предложенных алгоритмов (пункты 1-3) позволило провести исследование изделий КРД-142В и СУДГ-20 на наличие коллизий заданий вычислительного устройства по времени выполнения. Полученные результаты показали наличие лучшего запаса по выполнимости, чем было определено ранее классическими методами. Это положительно сказалось на оценке качества данных устройств, а также было подтверждено в результате длительных квалификационных испытаний их программного обеспечения (согласно разделу 3 «Методы контроля» технических условий на указанные изделия).

Использование аппаратного диспетчера (пункт 4) является перспективным направлением при проектировании встроенных систем. Его эффективность проверена в ряде исследовательских и поисковых работ и рассматривается как вариант реализации при совместных работах с ОАО «Научно исследовательский институт микроэлектронной аппаратуры «Прогресс».

1 лавньщ конструктор OKI I Заместитель главного конструктора ОКП Ведущий конструктор Начальник бригады разработки 110

O.A. Герснтьев

Приложение Б Параметры заданий в реальных системах управления

В таблицах Б.1 - Б.4 представлены параметры заданий в исследовательских прототипах реальных СУ, которые использовались для получения характеристик распределений в 4.1.

Таблица Б.1 - Параметры заданий в исследовательском проекте по модернизации комплексного регулятора _двигателя вспомогательной силовой установки_

task type P pA T, мкс C, мкс D, мкс F, мкс

ввод ph 5 P 10000 650 3000 1000

расчет ph 4 P 10000 1300 3000 4000

вывод Ph 3 P 10000 270 1000 0

КИО Ph 2 P 10000 1100 10000 7000

техн. КИО Pf 1 P 10000 2850 20000 9000

прер. АЦП rh 10 a 30 1 8 0

прер диск.сигн. sh 11 a 150 1 10 0

прер.arinc rh 8 a 500 2 400 0

прер.прием.RS sh 7 a 180 1 150 0

прер.отпр.RS rh 6 a 180 1 20 0

прер.таймеры rh 9 a 100 1 5 0

прер.защитн sh 12 a 150 2 5 0

Таблица Б.2 - Параметры заданий в исследовательском проекте по модернизации системы управления и _диагностики генератора переменного тока_

task tyPe P РЛ T, мкс C, мкс D, мкс F, мкс

ввод1 Ph 7 P 5000 90 200 0

ввод2 Ph 5 P 5000 670 1000 600

расчет1 Ph 6 P 5000 240 400 200

расчет2 Ph 4 P 5000 1200 1500 1600

вывод Ph 3 P 5000 220 400 3100

КИО Pf 2 P 10000 420 30000 3500

техн.КИО Pf 1 P 10000 1920 20000 4200

прер.АЦП rh 11 a 10 1 2 0

прер.arinc rh 8 a 500 1 400 0

прер.ДМА sh 9 a 1000 3 100 0

прер.таймеры rh 10 a 100 2 5 0

Таблица Б.3 - Параметры заданий в исследовательском проекте по модернизации комплексного регулятора _прямоточного реактивного двигателя_

task type P pA T, мкс C, мкс D, мкс F, мкс

ввод ph 5 P 10000 2490 5000 0

расчет ph 4 P 10000 1000 2000 5000

вывод Ph 3 P 10000 100 500 7000

КИО Pf 2 P 10000 1050 20000 7500

техн.КИО Pf 1 P 10000 1920 20000 8500

прер.АЦП rh 9 a 30 1 5 0

прер.прием-MIL sh 11 a 100 1 50 0

прер.отпр.MIL rh 6 a 500 1 200 0

прер.диск.сигн sh 8 a 30 2 30 0

прер.ДМА sh 7 a 1000 3 100 0

прер.таймеры rh 10 a 100 1 3 0

Таблица Б.4 Параметры заданий в исследовательском проекте по модернизации пульта контроля и

диагностики

task tyPe P pA T, мкс C, мкс D, мкс F, мкс

экран Pf 1 P 5000 4570 40000 4500

клавиатура Ph 3 P 5000 310 500 0

RS Ph 2 P 5000 2110 4000 500

управление Ph 4 P 500 50 100 0

прер.экр sh 5 a 4000 1 4000 0

прер.прием.RS sh 7 a 180 1 150 0

прер.отпр.RS rh 6 a 180 1 20 0

прер.таймеры rh 8 a 100 1 30 0

Приложение В Исходные тексты экспериментальных программ

Код, представленный ниже в таблицах В.1 - В.18, использовался для проведения экспериментов из главы 4. Выполнение экспериментов начинается с файлов exp2g2 и exp2g3, представленных в таблицах В.17 и В.18, поэтому просмотр кода удобнее начинать с них.

Таблица В.1 - Листинг преамбулы

% набор заданий tasks:

% - матрица [n x 11], где n - количество заданий;

n = size (tasks ,1);

% - все параметры имеют тип uint32;

xN = 1; % номер задания (должен быть уникальным)

xC = 2; % максимальное время выполнения задания,

xD = 3; % максимальный крайний срок задания,

xF = 4; % фаза задания (время инициации первого запроса)

xT = 5; % период задания (конкретное толкование разное для разных типов)

xP = 6; % приоритет задания, младший = 0,

xPt = 7; % тип реализации приоритета задания, апп = 0, прогр = 1

xType= 8; % тип задания

xR = 9; % время отклика задания по умолчанию (если иное не возможно расчитать)

xR0 = 10; % базовая добавка ко времени отклика (по некоторым частным причинам)

xCl = 11; % максимальное время работы с точки зрения низкоуровневых заданий

% - тип задания может иметь следующие значения:

tPH = 1; % периодическое жесткого РВ

tPF = 2; % периодическое строгого РВ

tSH = 3; % спорадическое жесткого РВ

tSF = 4; % спорадическое строгого РВ

tRH = 5; % регулярное жесткого РВ

tRF = 6; % регулярное строгого РВ

tHFSPT = 7; % обработчик завершения спорадических и периодических заданий

tHFRT = 8; % обработчик завершения регулярных заданий

_Таблица В.2 - Листинг Uf2f

% Вычисление коэффициента использования function uf = Uf2 f(tasks) % % % % % Преамбула % % % % %

uf = 0; % коэффициент использования процессора набором

for i = 1:n

uf = uf + (double(tasks(i, xC))/double(tasks(i,xT)));

end; end

Таблица В.3 - Листинг tmdf2b

% Модификация набора под базовую модель

function [ restasks ] = tmdf2b( tasks )

% % % % % Преамбула % % % % %

sn = 0; %количество добавленных заданий

rtadd = zeros(n,11,'uint32');

for i = 1:n

switch tasks(i, xType)

case {tRH, tRF}

tasks(i, xType) = tSH;

tasks(i, xD) = min(tasks(i, xD) tasks(i, xT));

tasks(i, xPt) = 1;

tasks(i, xCl) = tasks(i, xC)*2;

% генерация дополнительного задания

sn = sn+1;

rtadd(sn, xF) = tasks(i, xF)+tasks(i, xT) ;

rtadd(sn, xT) = tasks(i, xT);

rtadd(sn, xC) = tasks(i, xC);

rtadd(sn, xR) = 0;

rtadd(sn, xR0) = 0;

rtadd(sn, xN) = n+sn;

rtadd(sn, xD) = tasks(i, xD);

rtadd(sn, xCl) = tasks(i, xC)*2

rtadd(sn, xType) = tSH;

rtadd(sn, xP) = tasks(i, xP)+1;

for j = 1:n if (j == i)

continue;

end;

if (tasks(j, xP) >= tasks(i xP))

tasks(j, xP) = tasks(j, xP)+1;

end;

end;

for j = 1:(sn-1) if (rtadd(j, xP) >= tasks(i

xP))

rtadd(j, xP) = rtadd(j, xP)+1;

end;

end;

rtadd(sn, xPt) = 1;

case {tSF, tPF}

tasks(i, xD) = min(tasks(i, xD) tasks(i, xT));

tasks(i, xPt) = 1;

case {tSH, tPH}

if (tasks(i, xD) > tasks(i, xT))

disP('неверно сгенерированный набор');

Pause;

end;

tasks(i, xPt) = 1;

otherwise

disP('недопустимый тип заданий для базового набора');

Pause;

end;

end;

restasks = tasks; rtadd(1:sn,:)];

end

Таблица В.4 - Листинг tdisp2p

% Адаптация под периодический диспетчер function [ restasks ] = tdisP2P( tasks, Tsys, Csys ) % % % % % Преамбула % % % % %

restasks = tasks; % набор заданий после адаптации for i = 1:n

restasks(i, xPt) = 1; restasks(i, xR0) = Tsys;

restasks(i, xC) = ceil(double(tasks(i, xC))/double(Tsys-Csys))*Csys + tasks(i, xC) restasks(i, xCl) = ceil(double(restasks(i, xC))/double(Tsys))*Tsys;

end; end

Таблица В.5 - Листинг tdisp2a

% Адаптация под апериодический диспетчер function [ restasks ] = tdisP2a( tasks, Csys, Psys ) % % % % % Преамбула % % % % %

sn = 0; %количество добавленных системных заданий

rtadd = zeros(n*2,11,'uint32'); for i = 1 : n

if (tasks(i, xPt) == 0) continue;

end;

sn = sn + 1;

rtadd(sn, xF) =

rtadd(sn, xT) =

rtadd(sn, xC) =

rtadd(sn, xR) =

rtadd(sn, xR0)

rtadd(sn, xN) =

rtadd(sn, xD) =

rtadd(sn, xCl)

tasks(i, xF); tasks(i, xT); Csys; 0; = 0; n+sn; 0; Csys;

switch tasks(i, xTyPe) case {tRH, tRF}

rtadd(sn, xTyPe) case {tSH, tSF}

rtadd(sn, xTyPe) case {tPH, tPF}

rtadd(sn, xTyPe) otherwise

disP('неизвестный тип задания'),

tRH

tSH

tPH

P ause;

end;

rtadd(sn, xP) = Psys;

rtadd(sn, xPt) = 0;

sn = sn + 1;

rtadd(sn, xF) = 0;

rtadd(sn, xT) = tasks(i

rtadd(sn, xC) = Csys;

rtadd(sn, xR) = 0;

rtadd(sn, xR0) = 0;

rtadd(sn, xN) = n+sn;

rtadd(sn, xD) = 0;

rtadd(sn, xCl) = Csys;

switch tasks(i , xTyPe)

case {tRH, tRF}

rtadd(sn, xTyPe)

tHFRT;

end; restasks end

case {tSH, tSF, tPH, tPF}

rtadd(sn, xTyPe) = tHFSPT; otherwise

disP('неизвестный тип задания'), Pause;

end;

rtadd(sn, xP) = Psys; rtadd(sn, xPt) = 0;

[tasks; rtadd(1:sn,:)];

Таблица В.6 - Листинг Td2f

% Вычисление временной неопределенности

function Td = Td2f(tasks)

% % % % % Преамбула % % % % %

Td = max( double(tasks(1, xR)-tasks(1, xC))/double(tasks(1, xT)), double(tasks(3, xR)-tasks(3,

xC))/double(tasks(1, xT)) );

Таблица В.7 - Листинг schtst2s

% Тест выполнимости версия без учета взаимовлияния периодических заданий function [badset, restasks] = schtst2s(tasks) % % % % % Преамбула % % % % %

badset = 0; % если 0 - набор выполним, другое значение - плохой набор

restasks = tasks; % набор заданий после теста выполнимости [values,index] = sort(restasks(:,xP)); restasks = tasks(index,:);

stoP = 0; % флаг необходимости останова for i = n:-1:1

if(restasks(i, xD) == 0) continue;

end;

Rnat = uint32(0); switch restasks(i, xTyPe) case {tRH, tRF}

Rnat =(2 * restasks(i, xC)) + restasks(i, xR0); case {tSH, tSF, tPH, tPF}

Rnat =restasks(i, xC) + restasks(i, xR0); case {tHFSPT, tHFRT}

continue; otherwise

disP('неизвестный тип задания'); Pause;

end;

R = Rnat; Rold = uint32(0); while Rold ~= R Rold = R; R = Rnat; for j = n:-1:1

if (restasks(i, xP) > restasks(j, xP)) break;

end;