1.2 实时系统

系统的实时性指的是在固定的时间内正确地对外部事件做出响应。在这段“时间内”，系统内部会做一些处理，例如输入数据的分析计算、加工处理等。而在这段时间之外，系统可能会空闲下来，做一些空余的事。以一个手机终端为例：当一个电话拨入的时候，系统应当及时发出振铃、声音提示以通知主人有来电，询问是否进行接听；而在非电话拨入的时候，人们可以用它进行一些其他操作，例如听音乐、玩游戏等。

从上面的例子我们可以看出，实时系统是一种需求倾向性的系统，对于实时的任务需要在第一时间内做出回应，而对非实时任务则可以在实时事件到达时为之让路——被抢占。所以也可以将实时系统看成是一个等级系统，不同重要性的任务具有不同的优先等级：重要的任务能够优先被响应执行，非重要的任务可以适当往后推迟。

实时计算可以定义成这样一类计算，即系统的正确性不仅取决于计算的逻辑结果，还依赖于产生结果的时间。有两个关键点，即正确地完成和在给定的时间内完成，且两者重要性是等同的。如果计算结果出错，这将不是一个正确的系统，而计算结果正确，但计算所耗费的时间已经偏离需求设定的时间，那么这也不是一个实时系统。图1-3描述了一个实时系统。

对于输入的信号、事件，实时系统必须能够在规定的时间内得到正确的响应，而不管这些事件是单一事件、多重事件，还是同步信号或异步信号。

举一个例子说明：假设一颗子弹从20米外射向一个玻璃杯，子弹的速度是v米/秒，那么经过t1=20/v秒后，子弹将击碎玻璃杯。而如果有一个保护系统在检测到子弹射出后，把玻璃杯拿走了，假设整个过程持续t2秒的时间，如果t2＜t1，玻璃杯就不会被击碎，那么就可以将这个系统看成是一个实时系统。

和嵌入式系统类似，实时系统中也存在一定的计算单元，这些单元可对系统的环境及其内部的应用做出预计，这也就是很多关于实时系统的书中所谈及的可确定性，即系统可以在给定的时间（t秒）内对一个给定事件做出响应。多个事件、多个输入的系统响应的可确定性构成了整个实时系统的可确定性（实时系统并不代表着对所有输入事件具备实时响应，而是在指定的时间内完成对事件的响应）。嵌入式系统的应用领域十分广泛，我们并不是要求所有的专用功能都具备实时性，只有当系统对任务有严格时间限定时，我们才关注它的实时性问题。具体的例子包括实验控制、过程控制设备、机器人、空中交通管制、远程通信、军事指挥与控制系统等。而对打印机这样一个嵌入式应用系统，人们并没有严格的时间限定，只有一个“尽可能快”的期望要求，因此，这样的系统称不上是实时系统。

 

软实时与硬实时

正如上面所描述的，实时系统关注的不外乎两点，即时间的正确性和功能的正确性。事实上，衡量一个实时系统的正确性正是如此，就是要求系统能在给定的时间内正确地完成相应的任务。但现实中也存在这样一种系统，即在多数情况下，它能够严格地在规定的时间内完成任务，但偶尔它也会稍微超出这个给定的时间范围才能正确地完成任务，我们通常把这种系统称为软实时系统。从系统对规定时间的敏感性的要求来看，实时系统可以分为硬实时系统和软实时系统。

硬实时系统严格限定在规定的时间内完成任务，否则就可能导致灾难的发生，例如导弹拦截系统，汽车引擎系统等，当这些系统不能满足规定的响应时间时，即使只是偶尔，也将导致车毁人亡等重大灾难的发生。

软实时系统，可以允许偶尔出现一定的时间偏差，但是随着时间的偏移，整个系统的正确性也会随之下降，例如可以将一个DVD播放系统看成一个软实时系统，允许它偶尔出现画面或声音延迟。

图1-4绘制了这三种系统（非实时系统、软实时系统和硬实时系统）的时效关系。

从图1-4中我们可以看出，当事件触发，在时间t内完成，则三类系统的效用是相同的。但是当完成时间超出时间t时，则效用发生了变化。

❏ 非实时系统：超过规定的时间t后，其效用缓慢下降。

❏ 软实时系统：超过规定的时间t后，其效用迅速下降。

❏ 硬实时系统：超过规定的时间t后，其效用立即归零。