Fundamentos y Características Clave de los Sistemas de Tiempo Real (STR) y Empotrados

Características de los Computadores Empotrados (Embedded Systems)

Los computadores empotrados son aquellos que realizan funciones de control de otros sistemas (ejemplo: aviones).

• Recursos limitados: Especialmente en memoria.
• Dispositivos de E/S especiales: Adaptados para cada sistema (no utilizan teclados normales).
• Reacción temporal crítica: El computador debe reaccionar a tiempo ante los cambios en el sistema que controla. Una acción tardía puede ser inútil o peligrosa (ejemplo: sistemas de imágenes de TV).
• Requisitos especiales de desarrollo de software.

Sistemas de Tiempo Real (STR)

Un STR es un sistema informático que interacciona repetidamente con su entorno físico y responde a los estímulos que recibe del mismo dentro de un plazo de tiempo determinado. Las acciones tienen que ejecutarse dentro de un intervalo de tiempo especificado (tiempo significativo).

Características Fundamentales de los STR

Los Sistemas de Tiempo Real se definen por las siguientes propiedades:

1. Gran Tamaño y Complejidad

   Suelen ser sistemas extensos y complejos de gestionar.

2. Simultaneidad de Acciones (Concurrencia)

   Los dispositivos físicos controlados funcionan al mismo tiempo. Las tareas que los controlan actúan concurrentemente.

3. Dispositivos de Entrada y Salida Especiales

   Los manejadores de dispositivos forman parte del software de aplicación.

4. Seguridad y Fiabilidad

   Se distingue entre:

   • Averías malignas: Cuyo coste es muy superior a la utilidad del sistema.
   • Averías benignas.

   Los Sistemas Críticos deben ser ultrafiables respecto a las averías malignas. Se exige certificación de seguridad efectuada por un organismo independiente.

   Fiabilidad

   En sistemas críticos, los fallos tienen consecuencias graves (pérdida de vidas humanas, etc.). La fiabilidad es la probabilidad de proporcionar el servicio especificado. Se mide por el Tiempo Medio Hasta Avería (MTTF). Los sistemas con MTTF > 90 son considerados ultrafiables.

5. Determinismo Temporal

   Las acciones deben ocurrir en intervalos de tiempo determinados. El comportamiento debe ser determinista o, al menos, previsible. (Nota: No confundir 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).

   Las tareas se ejecutan concurrentemente mediante Hilos (Threads). La planificación del uso del procesador debe permitir acotar el tiempo de respuesta (mediante prioridades y otros métodos de planificación). Es conveniente analizar el comportamiento temporal del sistema antes de probarlo.

6. Mantenibilidad y Disponibilidad

   Mantenibilidad

   Se mide por el Tiempo Medio de Reparación (MTTR), que es el tiempo necesario para reparar una avería benigna. Existe un conflicto: los elementos fáciles de mantener suelen ser menos fiables.

   Disponibilidad

   Es la fracción de tiempo durante el cual el sistema está disponible.