سیستم های بلادرنگ – قسمت ۲ – Requirements

در قسمت اول به بررسی کلی سیستم های بلادرنگ و تشریح انواع آن پرداختیم. در این مقاله قصد داریم جزییات بیشتری در مورد الزامات بلادرنگ ارایه کنیم. به منظور طراحی یک سیستم نیاز به ارایه مشخصات فنی است. این مشخصات فنی و سیستم حاصل از آن بایستی الزاماتی(System Requirements) را برآورده کنند. این الزامات به دو دسته عملیاتی/غیرعملیاتی(Functional and Non-Functional Requirements) و ایمنی (Safety Requirements) تقسیم بندی می شوند. عموما برای تجاری کردن هر سیستم استانداردهای ملی و بین الملی وجود دارد که بایستی به صورت دقیق دنبال شوند. برای نمونه در اتحادیه اروپا استانداردهای EU یا استانداردهای بین مللی مانند ISO یا IEC وجود دارند. علاوه بر این الزامات استاندارد ممکن است مشتری اماکانات و قابلیت های بیشتری نیز لازم داشته باشد که در مشخصات فنی ذکر می شود. این الزامات در دو لایه نرم افزار و سخت افزاری سیستم اجرا می شوند.

مشخصات فنی با همکاری مشتری و طراح تهیه و تکمیل می شود. مشخصات فنی شامل موارد زیر است.

1. توصیف اجراء سیستم
2. توصیف واسط های ارتباطی
3. توصیف معماری سیستم
4. توصیف معماری نرم افزاری
5. تدقیق الزامات و ارتباط آن با واسط های ارتباطی و اجزاء سیستم
6. نحوه تقسیم کارها بین اجزاء و واسط ها

تصویر بالا به دو فایل مشخصات عملکردی PRD و FSD اشاره می کند. به طور خلاصه فایل PRD‌ توسط مشتری ارایه شده و در آن خصوصیات فنی مورد نیاز سیستم به طور کامل بیان می شود. اما فایل FSD چگونگی پیاده سازی این سیستم را با جزییات در عمل بیان می کند و توسط کارفرما و با همکاری مشتری تنظیم می شود.

الزامات زمانی (Timing Requirements)

علاوه بر الزامات عملیاتی و ایمنی در سیستم های بلادرنگ بحث الزامات زمانی نیز مطرح است. این به آن معناست که تا چه زمانی باید یک رویداد معین رخ دهد. در اغلب موارد این رویداد پایان یک محاسبه یا فعال شدن یک خروجی است. به این فاصله زمانی مهلت یا در اصطلاح Deadline گویند.

در مقاله نخست(سیستم های بلادرنگ – قسمت ۱) در مورد انواع Deadline صحبت کردیم و بر این اساس سیستم های بلادرنگ را به ۳ دسته سخت و مقاوم و نرم تقسیم بندی کردیم. همینطور در مورد تابع مقدار زمانی صحبت کردیم. اما در عمل در مفهوم مهلت یا همان Deadline استفاده بیشتری دارد. مهلت ها می تواند به صورت نسبی یا مطلق باشند. نسبی به این معنی که مدت مهلت انجام یک کار بر اساس یک مرجع زمانی سنجیده می شود مثلا ۵ دقیقه بعد از روشن شدن سیستم. اما ملهت مطلق به معنی یک زمان مشخص و دقیق است مثلا ساعت ۱۵:۴۵.

سیستم بلادرنگ در نقش سیستم کنترل

بسیاری از سیستم های کنترل(Control system – Wikipedia) از جمله سیستم های کنترل فیدبک ماهیت و الزامات بلادرنگ دارند. در این حالت سیستم در حال کنترل یک فرایند است و در این فرایند یک یا چند متغیر کنترل را تنظیم می کند. سیستم مقدار جاری این متغیرها را توسط سنسورها اندازه گیری میکند و کنترلر سیستم که عموما یک سیستم کامپیوتری است بعد از انجام محاسبات سیگنال مناسب برای فعال سازی عملکرها را تولید می کند. این عملگرها با فعال شدن خود بر روی متغیرهای کنترلی سیستم تاثیر گذاشته و فرایند تحت کنترل را به حالت مورد نظر هدایت می کند. در فرایند کنترل سیگنال خطا از تفریق مقدارمرجع ( setpoint or reference value) از مقدار اندازه گیری شده (measured value) ساخته می شود و کنترلر سعی می کند این خطا را به صفر برساند. تصویر ۲ بلوک دیاگرام یک سیستم کنترل فیدبک مرسوم را نشان می دهد.

در اینجا هدف ما بحث درباره سیستم های کنترل نیست و شما می توانید با مراجعه به منابع موجود در این زمینه بیشتر مطالعه کنید. با این حال می توان یکی سیستم بلادرنگ را به دو قسمت اجزا پردازشی و غیر پردازشی تقسیم کرد. در این حالت وضعیت این اجزا غیر پردازشی مد نظر ماست.

اگر وضعیت این اجزا غیر پرادازشی و همینطور متغیرهای محیط یا فرایند تحت کنترل را متغیرهای بلادرنگ بنامیم. در این صورت چنانچه به کمک سنسورها یک نقشه از وضعیت این متغیرهای بلادرنگ تهیه کنیم این نقشه را تصویر بلادرنگ می نامیم. به دلیل وجود عنصر زمان در اندازه گیری پردازش و عملکرد خروجی ها همیشه میان متغیرهای بلادرنگ و تصویر آن در سیستم اختلاف زمانی وجود دارد. این اختلاف زمانی باید در اندازه قابل تحمل سیستم باشد تا سیستم از کنترل خارج نشده و ناپایدار نگردد.