Programación

En los diseños típicos, una tarea tiene tres estados: ejecución, preparada y

bloqueada. La mayoría de las tareas están bloqueadas casi todo el tiempo.

Solamente se ejecuta una tarea por UCP. La lista de tareas preparadas suele ser

corta, de dos o tres tareas como mucho.

El problema principal es diseñar el programador. Usualmente, la estructura de los

datos de la lista de tareas preparadas en el programador está diseñada para que

cada búsqueda, inserción y eliminación necesiten interrupciones de cierre

solamente durante un período muy pequeño, cuando se buscan partes de la lista

muy definidas.

Esto significa que otras tareas pueden operar en la lista asincrónicamente,

mientras que se busca. Una buena programación típica es una lista conectada

bidireccional de tareas preparadas, ordenadas por orden de prioridad. Hay que

tener en cuenta que no es rápido de buscar sino determinista. La mayoría de las

listas de tareas preparadas sólo tienen dos o tres entradas, por lo que una

búsqueda secuencial es usualmente la más rápida, porque requiere muy poco

tiempo de instalación.

El tiempo de respuesta crítico es el tiempo que necesita para poner en la cola una

nueva tarea preparada y restaurar el estado de la tarea de más alta prioridad.

En un sistema operativo en tiempo real bien diseñado, preparar una

nueva tarea necesita de 3 a 20 instrucciones por cada entrada en la cola y la

restauración de la tarea preparada de máxima prioridad de 5 a 30 instrucciones.

En un procesador 68000 20MHz, los tiempos de cambio de tarea son de 20

microsegundos con dos tareas preparadas.

Cientos de UCP MIP ARM pueden cambiar en unos pocos microsegundos.

Comunicación entre Tareas[

Las diferentes tareas de un sistema no pueden utilizar los mismos datos o

componentes físicos al mismo tiempo. Hay dos métodos para tratar este problema.

Uno de los métodos utiliza semáforos. En general, el semáforo binario puede estar

cerrado o abierto. Cuando está cerrado hay una cola de tareas esperando la

apertura del semáforo.

Los problemas con los diseños de semáforos son bien conocidos: inversión de

prioridades y puntos muertos (deadlocks).

En la inversión de prioridades, una tarea de mucha prioridad espera porque otra

tarea de baja prioridad tiene un semáforo. Si una tarea de prioridad intermedia

impide la ejecución de la tarea de menor prioridad, la de más alta prioridad nunca

llega a ejecutarse. Una solución típica sería otorgar a la tarea que tiene el

semáforo la prioridad de la tarea más prioritaria de las que están esperando dicho

semáforo. Esto se denomina algoritmo de herencia básica de prioridad.

En un punto muerto, dos tareas (T1,T2) pretenden adquirir dos semáforos (semA,

semB) en orden inverso. En este caso si T1 adquiere semA y T2 adquiere semB

cuando intenten adquirir el segundo semáforo no podrán hacerlo ya que lo tiene la

otra tarea. De esta forma entran en un punto muerto del que ninguna de las dos

tareas puede salir sin intervención externa. Esto se resuelve normalmente

mediante un diseño por ej. obligando a adquirir los semáforos en un orden

concreto.

La otra solución es que las tareas se manden mensajes entre ellas. Esto tiene los

mismos problemas: La inversión de prioridades tiene lugar cuando una tarea está

tratando un mensaje de baja prioridad, e ignora un mensaje de más alta prioridad

en su correo. Los puntos muertos ocurren cuando dos tareas realizan envíos

bloqueantes (se quedan en la función de envío esperando a que el receptor reciba

el mensaje). Si T1 manda un mensaje de forma bloqueante a T2 y T2 manda un

mensaje de igual forma a T1 ninguna de las dos tareas saldrá de la función de

envío quedando ambas bloqueadas ya que no podrán llegar a la función de

recepción. Puede resolverse reordenando envíos y recepciones o empleando

envíos no bloqueantes o temporizados.

Aunque su comportamiento en tiempo real es algo más difícil de analizar que los

sistemas de semáforos, los sistemas basados en mensajes normalmente son más

sencillos de desarrollar que los sistemas de semáforo.

Interrupciones[

Las interrupciones son la forma más común de pasar información desde el mundo

exterior al programa y son, por naturaleza, impredecibles. En un sistema de

tiempo real estas interrupciones pueden informar diferentes eventos como la

presencia de nueva información en un puerto de comunicaciones, de una nueva

muestra de audio en un equipo de sonido o de un nuevo cuadro de imagen en una

videograbadora digital.

Para que el programa cumpla con su cometido de ser tiempo real es necesario

que el sistema atienda la interrupción y procese la información obtenida antes de

que se presente la siguiente interrupción. Como el microprocesador normalmente

solo puede atender una interrupción a la vez, es necesario que los controladores

de tiempo real se ejecuten en el menor tiempo posible. Esto se logra no

procesando la señal dentro de la interrupción, sino enviando un mensaje a una

tarea o solucionando un semáforo que está siendo esperado por una tarea. El

programador se encarga de activar la tarea y esta se encarga de adquirir la

información y completar el procesamiento de la misma.

El tiempo que transcurre entre la generación de la interrupción y el momento en el

cual esta es atendida se llama latencia de interrupción. El inverso de

esta latencia es unafrecuencia llamada frecuencia de saturación, si las señales

que están siendo procesadas tienen una frecuencia mayor a la de saturación, el

sistema será físicamente incapaz de procesarlas. En todo caso la mayor

frecuencia que puede procesarse es mucho menor que la frecuencia de saturación

y depende de las operaciones que deban realizarse sobre la información recibida.