Echtzeitfähigkeit

Echtzeitfähigkeit bezeichnet die Fähigkeit eines Systems, zeitkritische Aufgaben innerhalb festgelegter Fristen zuverlässig zu erfüllen. Sie unterscheidet zwischen harten Echtzeitsystemen, bei denen das Überschreiten einer Frist unakzeptabel ist, und weichen Echtzeitsystemen, bei denen Fristüberschreitungen toleriert werden können, oft mit Performance-Verlusten. Ziel ist Vorhersagbarkeit: das System muss unter definierten Bedingungen immer innerhalb bekannter Grenzwerte reagieren.

Kernkonzepte der Echtzeitfähigkeit sind Determinismus, Vorhersagbarkeit und boundierte Latenzen. Dazu gehören die Worst-Case-Execution-Time (WCET) einer Aufgabe, die Worst-Case-Response-Time (WCRT) sowie die Fähigkeit, Termine zu planen und zu garantieren. Real-Time-Operating-Systems (RTOS) unterstützen diese Eigenschaften durch spezialisierte Scheduling-Strategien wie Rate-M-monotonic (RM) oder Earliest-Deadline-First (EDF) sowie Mechanismen gegen Prioritätsinversion. Zeitgetriebene und ereignisgesteuerte Ansätze, Interrupt-Handhabung, Kontextwechsel und Ressourcen-Sharing beeinflussen Latenzen und Jitter.

Anwendungen der Echtzeitfähigkeit finden sich in eingebetteten Steuerungen, Automobil- und Flugzeugsystemen, Robotik, Medizintechnik und industrieller Automatisierung. Standards und Normen wie ISO 26262, IEC 61508, ARINC 653 sowie POSIX-Real-Time-Extensions helfen bei der Spezifikation, Validierung und dem sicheren Betrieb realzeitfähiger Systeme. Verifikation und Validierung umfassen Simulation, Test, Timing-Analysen und gegebenenfalls formale Verifikation, um sicherzustellen, dass Fristen unter relevanten Last- und Ausfallbedingungen eingehalten werden.