FONDAMENTI DI INFORMATICA
Prof. PIER LUCA MONTESSORO Laureando LUCA DA RE
Facoltà di Ingegneria
Università degli Studi di Udine
Applicazioni Real-Time
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Applicazioni Sistemi Operativi Real-Time
• I sistemi operativi real-time sono “nascosti”:
– Non sono studiati per interagire con l'utente (uomo)
– La programmazione di questi ambienti avviene solitamente con l'ausilio di altri sistemi operativi non real-time
• La loro principale applicazione è in sistemi embedded
• La maggior parte dei sistemi operativi real-
time consiste in soluzioni proprietarie studiate appositamente per particolari piattaforme
hardware (progetto hardware/software)
Campi di applicazione
• Campi di applicazione dei sistemi operativi real-time:
– Macchine automatiche – Automobili
– Computers
– Sistemi di telecomunicazione – Centrali Elettriche
– Avionica
– Robotica
Campi di applicazione
Campi di applicazione
La prima applicazione Real-Time
• Nel 1947, in collaborazione con la marina militare americana, iniziò lo sviluppo del progetto Whirlwind
• Fu il primo computer ad alta velocità in grado di operare in real-time ed ad
essere usato per un fine pratico
Il progetto Whirlwind
• Le caratteristiche del Whirlwind furono possibili grazie all’uso di nuclei di
ferrite, che erano molto più veloci delle memorie a tubo catodico dei precedenti sistemi
• Nuclei di ferrite dello stesso genere
furono usati negli Stati Uniti in memorie
come la UNIVAC 1003 (1953) e la IBM
Il progetto Whirlwind
• Jay W. Forrester pensò ad un’istruttore ed analizzatore di volo aereo che
simulasse le forze aereodinamiche che agiscono sui controlli del pilota
• Il pilota deve agire prontamente nel simulatore tanto quanto nella realtà
• Tutta la strumentazione deve quindi
operare in tempi di risposta reali
Database Real-Time
• Un’importante area di applicazione dei sistemi real-time è nei database
• Un database real-time è un sistema di
processare le transazioni nel quale i dati
hanno esplicite costrizioni temporali
Database Real-Time
• Disegnare Database Real-Time implica:
– Analizzare le esigenze del sistema nell’identificare i dati
– Determinare le capacità hardware
– Identificare le differenti criticità dei dati e le
restrizioni di integrità
Database Real-Time
• I database Real-Time sono usati in una varietà di applicazioni:
– Controllo di processo – Sistemi radar
– Produzione computerizzata – Controllo del traffico
– Realtà virtuale
– Multimedia
Database Real-Time
• I sistemi di gestione di database ordinari
provvedono tecniche di controllo simultaneo che cercano di preservare la consistenza dei dati (per esempio bloccando letture e
scritture) e della logica
• I database real-time devono anche imporre controlli che preservino l’esigenza di
consistenza temporale dei dati
– Come in molti sistemi real-time, minimizzare la
risposta media è meno importante che garantire i
Elaborazione Real-Time delle immagini
• La rappresentazione di immagini real-time non riguarda solo processori veloci ad
architettura parallela
• Essa coinvolge almeno 3 fondamentali confronti:
– Performance contro risoluzione dell’immagine
– Performance contro le dimensioni della banda di
input/output
Elaborazione Real-Time delle immagini
• Il problema di esprimere algoritmi per immagini (specialmente in architetture multiprocessore), di trovare appropriati linguaggi di programmazione, di testare l’affidabilità e di creare tecniche
concrete di sviluppo software non è
risolto semplicemente con dell’hardware
più veloce
Elaborazione Real-Time delle immagini
• Vantaggi dell’elaborazione real-time:
– Molte applicazioni per immagini possono essere realizzate senza utilizzare costrutti di linguaggio che distruggono il determinismo
– Sono disponibili speciali architetture real-time
• Svantaggi dell’elaborazione real-time:
– Molte applicazioni per immagini sono critiche per quanto riguarda il tempo ed elaborano
intensivamente dati
– Non esistono linguaggi di programmazione
standard disponibili per l’elaborazione real-time
Elaborazione Real-Time delle immagini
• L’elaborazione delle immagini copre una vasta gamma di aree di ricerca:
– Compressione delle immagini
– Acquisizione ed inseguimento di un target – Controlli e sensori remoti
– Miglioramento e filtro delle immagini
– Connessioni di rete per la visualizzazione real- time
– Architetture computer avanzate – Misurazioni ed esami ottici
– Simulazione
Elaborazione Real-Time delle immagini
• Queste aree di ricerca sono critiche in applicazioni quali:
– Robotica
– Realtà virtuale – Multimedia
– Ispezioni industriali
– Televisioni ad alta definizione – Simulatori avanzati
– Produzione assistita da computer
time
• Viene digitalizzato un video analogico in ingresso da una telecamera o un sensore
• L’immagine viene migliorata e filtrata per rimuovere il rumore
• Se necessario viene effettuato il movimento e la rilevazione delle immagini
• Se richiesto vengono applicate decisioni logiche per modificare l’immagine
• Spesso è necessaria una visualizzazione real-time (per esempio a 30
Digitalizzazione
Miglioramento e filtro delle immagini
Movimento e rilevazione delle immagini
Visualizzazione
Decisione logica Video
analogico
Applicazioni: la Realtà Virtuale
• I sistemi a realtà virtuale sono complessi simulatori che coinvolgono la vista, l’udito, il tatto ed altri
feedback per far credere ai meccanismi di percezione umani di essere realmente in un mondo artificiale
• Anche se la realtà virtuale ha ovvie applicazioni in simulatori di combattimento, l’impiego più
promettente è in ambito civile ed include:
– Esercizi e ricreazione
– Riabilitazione fisica e terapie
– Addestramento professionale
Applicazioni: la Realtà Virtuale
• Vi sono 3 modelli di Realtà Virtuale:
– Telepresenza: un operatore che controlla da remoto un robot come se fosse
fisicamente presente
– Immersione: un simulatore può realmente ingannare i sensi umani nel credere che l’ambiente ricreato sia vero
– Incremento di realtà (Augmented Reality):
un display di informazioni reali è integrato
Applicazioni: la Realtà Virtuale
• Alte performance e garanzie temporali sono
essenziali per assicurare che l’illusione di realtà sia mantenuta
• Quelli a realtà virtuale forse sono i più complessi
sistemi real-time perché interessano problemi come il controllo ed il puntamento
• La realtà virtuale interessa anche processori e
programmi simultanei, periferiche condivise, ed è
quindi importante il concetto di sincronizzazione
Applicazioni: i multimedia
• L’aumento dei computer multimediali ha spinto la ricerca verso l’elaborazione
multimediale
• I sistemi multimediali possono essere visti come una combinazione di immagini,
animazioni, video e audio
• Come per la realtà virtuale, nelle applicazioni
multimediali è importante che l’audio sia in
sincronia con l’immagine della persona che
parla
Applicazioni: i multimedia
• I sistemi multimediali hanno bisogno di:
– Alta potenza di calcolo – Reti ad alta velocità
– Grandi dispositivi di memorizzazione
– Tecniche di compressione audio e video – Sistemi Operativi real-time
– Sviluppo di software
– Memorizzazione e recupero dati
Applicazioni: i multimedia
• Si è lavorato per creare sistemi operativi multimediali che abbiano ampie bande per i bus, alte performance e schedulazione real-time
• Nello sviluppo dei strumenti software le ricerche si sono concentrate attorno ad un nuovo linguaggio ad oggetti
• Di grande interesse sono le tecniche di compressione audio e video che si sono concentrate nello sforzo di mantenere il sistema deterministico, predicibile e
sincronizzato
Una generica architettura multimediale
Sistema di elaborazione multimediale
Visualizzazione video
Uscita audio
decompressione
decompressione
