本发明专利技术涉及一种用于缩短时间控制的分布式实时计算机系统中节点计算机(120)的响应时间的方法，其中节点计算机(120)的操作系统任务(205)在节点计算机(120)的应用任务(207)的先验已知的开始时刻(213)之前计算节点计算机(120)的控制寄存器的内容，并将该内容写入节点计算机(120)的控制寄存器中；该内容表征节点计算机(120)中的应用任务(207)的运行期环境的特性。
Method for shortening the response time of time controlled operating systems
The invention relates to a method for shortening the response time of a node computer (120) in a distributed real-time computer system with time control, in which the operation system task (205) of the node computer (120) calculates the control of the node computer (120) before the prior known start time (213) of the application task (207) of the node computer (120). The content of the register is written into the control register of the node computer (120), which represents the characteristics of the runtime environment of the application task (207) of the node computer (120).
【技术实现步骤摘要】
用于缩短时间控制的操作系统的响应时间的方法
本专利技术涉及用于缩短时间控制的分布式实时计算机系统中节点计算机的响应时间的方法。此外，本专利技术涉及时间控制的分布式实时计算机系统的节点计算机，在该节点计算机上执行操作系统并且在该节点计算机上执行应用软件。此外，本专利技术涉及具有一个或多个根据本专利技术的节点计算机的时间控制的分布式实时计算机系统。本专利技术属于计算机
本专利技术涉及用于缩短时间控制的计算机系统中的响应时间的方法。
技术介绍
传感器技术和计算机技术的发展实现了自主地工作的技术对象(例如，机器)或自主地控制目标的车辆在很大程度上自主的控制。在该实时计算机应用中，特别需要计算机系统的快速反应。在下文中，我们将包括特别是节点计算机的操作系统在内的所有程序集合称之为“操作系统软件”。我们将包括特别是节点计算机上的应用系统在内的所有程序集合称之为“应用软件”。概念“软件”(特别是节点计算机的软件)应理解为操作系统软件和应用软件的合集。我们将执行程序(即，软件过程)，特别是在机器(例如，在节点计算机上或在通信网络中)执行，称为任务。操作系统软件的任务或操作系统的任务也被称为操作系统任务，应用软件的任务或应用系统的任务也被称为应用任务。我们通过有限状态机来对任务的行为进行建模(不管它是操作系统任务还是应用任务)并且将根据给定的输入数据和旧状态来计算新结果和新状态的任务称为计算任务。通信任务是从发送方向接收方传送一条或多条消息的任务。例如，通信任务在此指的是将发送方与接收方彼此连接的通信系统的任务。根据现有技术，控制系统(其是用于受控对象(例如，以上提及的技术对象和车辆)的实时控制和/或调节的系统)周期性地在分布式计算机系统、特别是实时计算机系统上运行[1，第7页]。此类分布式计算机系统包括通过通信系统交换数据的多个节点计算机。在周期性的观测时刻(采样点)观测受控对象。所获取的数据形成尽可能快地计算执行器的新的设定值(Sollwerten)的基础，这些设定值影响受控对象的行为。我们将在每次观测之后执行的一系列计算任务和通信任务的周期性重复执行称为帧。在一帧中可以运行一个或多个实时事务(RT事务，参见[1，第24页])。两个时间参数与每一帧是相关的：-帧区间(采样时间)表示两个相继帧之间的时间间隔。每秒处理的帧的数目往往以赫兹(Hz)来表达。-执行历时(也称为响应时间)表示采样点与帧结果输出至受控对象的执行器之间的时间间隔。帧的执行历时越短，则控制系统的质量越好。在非常快的过程中，小于100μs的响应时间可能是必要的。本专利技术的任务在于，缩短时间控制的分布式计算机系统中的帧的执行历时。
技术实现思路
该任务是通过以下方式用开头部分提及的方法和节点计算机来解决的：根据本专利技术，在节点计算机的应用任务的先验已知的开始时刻之前，节点计算机的操作系统任务计算节点计算机的控制寄存器的内容，以及将这些内容写入节点计算机的控制寄存器中；该内容表征节点计算机中的应用任务的运行期环境的特性。以下描述根据本专利技术的方法、节点计算机和计算机系统的有利设计：初始化任务在应用任务的先验已知的开始时刻之前验证节点计算机的控制寄存器的内容，该内容表征应用任务的运行期环境的特性；初始化任务在应用任务的先验已知的开始时刻之前进行应用任务的数据结构的初始化。附图说明以下根据附图中示出的实施例来描述本专利技术。在附图中示出：图1示出了在一帧内运行的简单的实时事务；图2a示出了使用图1的节点计算机120作为示例，在事件控制的节点计算机中操作系统和应用任务的过程；以及图2b示出了使用图1的节点计算机120作为示例，在时间控制的节点计算机中操作系统和应用任务的过程。具体实施方式为了简单起见，以下将使用术语“传感器”和“执行器”，因为这些元件的数量与理解本专利技术无关。然而，对于本领域技术人员来说，即使没有明确地提及，也可以提供两个或更多个传感器和/或两个或更多个执行器。根据现有技术，在大多数情况下，根据事件控制的原则来处理实时事务。在这些系统中，如图1中所示的节点计算机110借助传感器105在周期性的非全局同步的观测时刻获取原始数据(原始数据，参见[1，第233页])。在通过节点计算机110对传感器数据进行预处理之后，具有经校准的传感器数据(测得数据，参见[1，第233页])的消息115经由事件控制的通信系统被发送到节点计算机120。一旦消息115到达节点计算机120(在事件控制的系统中，消息115到达节点计算机120的时刻201(参见图2a)不是先验已知的)，节点计算机120就开始上下文切换并且此后借助指定的算法来计算新的设定值，以及通过事件控制的通信系统在消息125中将这些新的设定值发送到执行器控制装置130。节点计算机(执行器控制装置)130将设定值传递给执行器135。再次参考图1，以下将考虑时间控制的计算机系统，因此现在将假设图1示出了时间控制的、特别是时间控制的分布式计算机系统。在时间控制的系统中，观测受控对象以及发送和接收消息的时刻与全局时间同步。此时刻是先验确定的。在周期性的、先验已知的观测时刻211(图2b)，节点计算机110利用传感器105获取原始数据(原始数据，参见[1，第233页])。在通过节点计算机110对传感器数据进行预处理之后，具有经校准的传感器数据(测得数据，参见[1，第233页])的消息115经由时间控制的通信系统被发送到节点计算机120，消息115连同其中包含的数据(该数据表示应用任务(应用软件的计算任务)207的输入数据)在先验已知的时刻213到达该节点计算机120。节点计算机120中的该计算任务(应用软件)207借助相应的算法来计算新的设定值，并且通过时间控制的通信系统在消息125中将这些新的设定值发送到节点计算机(执行器控制装置)130。节点计算机130将设定值传递给执行器135。再次返回到事件控制的计算机系统，图2a示出了在事件控制的操作系统中节点计算机120的任务的时间顺序。横线200示出时间的进展。在先验未知的时刻201，消息115到达节点计算机120并触发节点计算机120中的上下文切换。如果节点计算机的操作系统由于消息115的到达而必须在正在运行的应用任务与新的应用任务之间、特别是在应用软件的计算任务之间进行上下文切换，则操作系统任务必须在新的应用任务的开始时刻之前确定计算机(节点计算机)的控制寄存器的内容，该内容表征该新的应用任务的运行期环境的特性。新的应用任务的运行期环境的特性至少可包括以下特性(不管它是事件控制的计算机系统还是时间控制的计算机系统)：●应用任务的哪些数据区域可以被读取，●应用任务的哪些数据区域可以被写入，●应用任务的哪些数据区域可以被操作系统中活跃的其它任务读取或写入，以及●应用任务可能需要多长时间进行计算。在时刻202完成操作系统任务205之后，因应用而异的初始化任务206可以在时刻202、203之间的区间中验证由操作系统任务205设置的计算机(节点计算机)的控制寄存器的内容，并初始化应用任务的数据结构。如果至少满足以下条件，则计算机的控制寄存器将被验证：●应用任务的数据受到保护，以防止其他任务未经授权的存取。●计算机系统中的数据的所设置的读/写权限符合应用任务的规范。●输入/输出数据的地址符合应用本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于缩短时间控制的分布式实时计算机系统中节点计算机(120)的响应时间的方法，其特征在于，所述节点计算机(120)的操作系统任务(205)在所述节点计算机(120)的应用任务(207)的先验已知的开始时刻(213)之前计算所述节点计算机(120)的控制寄存器的内容，并将所述内容写入所述节点计算机(120)的所述控制寄存器中；该内容表征所述节点计算机(120)中的应用任务(207)的运行期环境的特性。
【技术特征摘要】
2017.04.13 EP 17166583.91.一种用于缩短时间控制的分布式实时计算机系统中节点计算机(120)的响应时间的方法，其特征在于，所述节点计算机(120)的操作系统任务(205)在所述节点计算机(120)的应用任务(207)的先验已知的开始时刻(213)之前计算所述节点计算机(120)的控制寄存器的内容，并将所述内容写入所述节点计算机(120)的所述控制寄存器中；该内容表征所述节点计算机(120)中的应用任务(207)的运行期环境的特性。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，初始化任务(206)在所述应用任务(207)的先验已知的开始时刻(213)之前检验所述节点计算机(120)的所述控制寄存器的内容，该内容表征所述应用任务(207)的运行期环境的特性。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，初始化任务(206)在所述应用任务(207)的先验已知的开始时刻(213)之前进行所述应用任务(207)的数据结构的初始化。4.一种时间控制的分布式实时计算机系统的节点计算机(120)，在所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬·波莱德纳，赫而曼·高柏兹，
申请(专利权)人：TTTECH电脑技术股份公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT
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