EchtzeitAnwendungen

EchtzeitAnwendungen sind Computeranwendungen, deren korrekte Funktion eng mit der Einhaltung zeitlicher Grenzwerte verknüpft ist. Bei solchen Anwendungen müssen Eingaben verarbeitet und Ausgaben erzeugt werden, oft innerhalb fester Fristen oder Vorhersagbarkeit der Reaktionszeit. Im Unterschied zu normalen Anwendungen legen Echtzeit-Anwendungen strikte Deadlines fest; das Erreichen dieser Deadlines ist oft sicherheits- oder leistungsrelevant. Man unterscheidet harte Echtzeit (Hard Real-Time) von weichen Echtzeit-Anwendungen (Soft Real-Time), je nachdem, ob ein Verpassen der Frist katastrophale Folgen haben kann.

Echtzeit-Anwendungen kommen vor allem in eingebetteten Systemen zum Einsatz, etwa in der Automatisierungs- und Prozesstechnik, Robotik, Luftfahrt, Automobilsteuerung, Medizintechnik, Telekommunikation sowie in Streaming- oder VR-Anwendungen, die eine synchrone Wiedergabe sicherstellen müssen. Häufig operieren sie in verteilten Architekturen, bei denen mehrere Prozessoren oder Geräte zeitlich koordiniert arbeiten.

Zentrale Konzepte sind Determinismus, Latenz, Deadlines und Jitter. Um diese Eigenschaften zu garantieren, verwenden Echtzeit-Betriebssysteme (RTOS), spezialisierte Scheduler oder zeitgetriebene Architekturen. Gängige Ansätze sind zeitgesteuerte (time-triggered) und ereignisgesteuerte (event-triggered) Modelle. In verteilten Systemen muss die Synchronisation von Uhren, Netzwerkverzögerungen und Ressourcenverwaltung sorgfältig geplant werden. Übliche Scheduling-Algorithmen sind Rate Monotonic Scheduling (RM) und Earliest Deadline First (EDF).

Herausforderungen umfassen die zuverlässige Einhaltung von Deadlines auch unter Last, Fehlertoleranz, Integration in bestehende Systeme und strikte Validierung. Sicherheits- und Rechtsvorschriften beeinflussen Entwicklung und Zertifizierung. Normen wie IEC 61508, ISO 26262, DO-178C oder ARINC 653 geben Anforderungen an Architektur, Verifikation und Test. Techniken wie formale Verifikation, Model Checking, Simulation und deterministische Tests helfen, Timing-Eigenschaften zu prüfen.