Echtzeitsystems

Ein Echtzeitsystem ist ein Computersystem, bei dem die Korrektheit der Ausführung neben der richtigen Logik auch von der Einhaltung zeitlicher Grenzwerte abhängt. Solche Systeme müssen deterministische Reaktionszeiten sicherstellen und Aufgaben oft innerhalb festgelegter Fristen abschließen. Verzögerungen können Sicherheitsrisiken oder Funktionsfehler verursachen.

Man unterscheidet harte Echtzeit, weiche Echtzeit und feste Echtzeit. Harte Echtzeit bedeutet, dass das Überschreiten eines Deadlines als Systemausfall gilt. Weiche Echtzeit erfordert die Einhaltung der Deadlines, diese können gelegentlich verpasst werden, ohne dass das System komplett fehlschlägt. Feste Echtzeit betrachtet verpasste Deadlines als Qualitätsverlust, die Systemfunktion kann dennoch weiterlaufen.

Wichtige Eigenschaften sind Determinismus, vorhersehbare Reaktionszeiten, termingerechte Ausführung von Tasks, Interrupt-Verarbeitung, Ressourcenknappheit und die Analyse der Worst-Case-Ausführungszeit (WCET). Die Planung der Aufgaben erfolgt oft durch Scheduling-Strategien, die sicherstellen, dass Deadlines eingehalten werden.

Architektur und Komponenten umfassen Echtzeitbetriebssysteme (RTOS) oder zeitkritische Schichten, Scheduler, Tasks oder Threads, Interrupt-Service-Routinen und Zeitgeber. Typisch werden statische oder dynamische Prioritäten verwendet, um zeitkritische Aufgaben zu schützen und Worst-Case-Verhalten zu ermöglichen.

Häufige Scheduling-Algorithmen sind Rate Monotonic (RM), Earliest Deadline First (EDF) und weitere prioritäts- oder deadlines-basierte Ansätze. Die richtige Wahl hängt von den Timing-Anforderungen und der Systemarchitektur ab.

Anwendungen finden sich in Automobiltechnik, Flug- und Raumfahrt, industrieller Automatisierung, Medizintechnik, Robotik sowie in sicherheitskritischen Systemen. Herausforderungen umfassen Beweisführung, Worst-case-Analysen, Synchronisation, Energie- und Ressourcenbeschränkungen sowie Normen wie ISO 26262, DO-178C und MISRA.