Serie Echtzeit Teil 2/3 Grundlagen digitaler Echtzeitsysteme

Der folgende Beitrag ist der zweite von insgesamt drei Teilen zum Thema "Echtzeit" im Kontext digitaler elektronischer Systeme. Nach den Grundlagen stehen nun die Echtzeitperipherien im Mittelpunkt.

Anbieter zum Thema

Bürklin GmbH & Co. KG

MicroConsult Academy GmbH

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Teil 1 dieser Reihe erläuterte das Konzept und die Geschichte der Echtzeitsysteme, und ging den Fragen nach , was ist ein Echtzeitsystem, und warum werden solche Systeme entwickelt. Als Ergebnis definierten wir Echtzeit wie folgt:

Ein System zeigt Echtzeitverhalten, wenn es auf Einwirkungen von außen vorhersagbar reagiert. Der entscheidende Terminus ist dabei die Vorhersagbarkeit (predictability). Das System soll also in einer vorhersagbaren Zeitspanne ein vorhersagbares Ergebnis liefern. Kernpunkte dieser Definition sind die Begriffe "deterministischer" oder "vorhersagbarer" Betrieb in Bezug auf zeitliche Abläufe. Der Mensch z.B. kann nur zeitliche Verzögerungen von mehr als 50 ms als solche erkennen. Wenn also ein Steuersystem innerhalb von 50 ms auf ein vom Menschen gesetztes Eingangssignal reagiert, nimmt der Mensch die Systemantwort als sofortige Reaktion - also als Echtzeit-Antwort - wahr.

Die ferngesteuerte Zentralverriegelung im Auto ist ein Beispiel. Nach Drücken der Taste am Schlüsselanhänger läuft ein vollständiger Entschlüsselungsalgorithmus im Fahrzeug ab. Dabei werden die Schlüsseldaten dekodiert und dann die Türen entriegelt. All dies muss innerhalb einer gewissen Zeit ablaufen, damit der Mensch keine Zeitverzögerung zwischen Knopfdruck und gewünschtem Ergebnis wahrnimmt - nur dann reagiert das Fahrzeug "in Echtzeit".

Leistungsmerkmale für Echtzeit-MCus

Um eine derart schnelle und deterministische Echtzeit-Antwort zu erzielen, muss ein Mikrocontroller, wie bereits in Teil 1 festgestellt, bestimmte Merkmale aufweisen. Zu den wichtigsten zählen:

• Ein gutes Interruptsystem mit schneller, garantierter Reaktion und Priorisierung.

• Eine schnelle CPU, insbesondere wenn die Berechnungen zwischen zwei Ereignissen aufwendig sind. Im Falle des Frequenzumrichters handelt es sich oft um komplexe Matrixoperationen, immer häufiger auch mit Gleitkommaarithmetik.

• Geeignete Peripherien und Schnittstellen, die ebenfalls ein garantiertes Zeitverhalten bereitstellen müssen.

Im Folgenden wird die Idee von "Echtzeit" nun noch etwas genauer beleuchtet. Was also ist "echt" bei Echtzeit?

Leider können wir nicht ins Detail gehen und untersuchen, "was real ist". Echtzeit gilt nur für die Person oder den Beobachter, der etwas gerade über seine Sinne wahrnimmt. Bei der menschlichen Wahrnehmung, sind 50 ms "real". In der Automatisierungstechnik reden wir allerdings über kürzere Zeiten.

Im ersten Teil der Artikelserie ging es um den deterministischen Betrieb. Dies ist jedoch nur eine Seite der Medaille. Eine Motorsteuerung in einer Fabrik mit schneller Reaktion auf Eingangssignale ist schön und gut. Wird jedoch genau dieser Input zum Flaschenhals im System, dann spielt die Reaktionsgeschwindigkeit keine entscheidende Rolle mehr.

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