Echtzeit-Timer – Real-Time-Multitasking

Das Timer Module bildet mit seinen Zeitgeberfunktionen die Basis für alle Echtzeitaufgaben. Es stellt einen kalibrierten Zugang zu allen Hardware-Zeitbasen im System bereit. Zeitangaben lassen sich in beliebige, auch anwenderspezifische Zeitformate umrechnen. Kurzzeitverzögerungen sind je nach zugrundeliegender Hardware bis auf wenige Nanosekunden genau. Zusätzlich lassen sich einfache Timer ohne Echtzeit in Millisekundenauflösung auf Basis von Windows-Mechanismen erstellen.

• Erkennung aller im System befindlichen Hardware-Zeitbasen
• Kalibrierung der verschiedenen Zeitgeber
• Langzeitsynchronisation bei Systemuhren
• Ermittlung der Systemzeit in verschiedenen Formaten, Auflösung bis ca. 0,1 µs
• Hochgenaue Kurzzeitverzögerungen in 0,1-µs-Schritten
• Programmierung anwenderspezifischer Zeitformate
• Zuverlässige Verhinderung von Überläufen durch interne 96-Bit-Operation
• Einfache Timer in Millisekundenauflösung auf Basis von Windows-Mechanismen (keine Echtzeit)

Das RealTime Tasking Module ergänzt das Timer Module und ermöglicht die Programmierung von Echtzeit-Timern, die den Anwendercode auf verschiedene Weise signalisieren können. Der Kontext der Programmausführung lässt sich wählen. Signalisierbare Objekte können Events und Callbacks auf Anwendungs- oder Kernel-Ebene sowie Echtzeit-Tasks sein. Zudem wird ein prioritätsgesteuertes, präemptives Echtzeit-Multitasking-System zur gegenseitigen Priorisierung einzelner Echtzeitaufgaben bereitgestellt. Damit lässt sich detailliert bestimmen, welche Bearbeitung vor anderen Vorrang hat, weniger wichtige unterbrechen soll und welche sich selbst von wichtigeren Aufgaben unterbrechen lässt, was den Mitteln eines reinen Echtzeitbetriebssystems (RTOS) entspricht.

Für maximal zwei dedizierte CPUs, darüber Dedicated CPU Extension erforderlich.

Real Time

• Entwicklung hochfrequenter Echtzeit-Timer-Routinen
• Zyklische oder einmalige Timer programmierbar
• Einfache Debug- und Testmöglichkeit bei Callback auf Anwendungsebene
• Timer lassen sich gezielt starten, stoppen, abbrechen
• Watchdog-Mechanismen einfach umsetzbar
• Startzeitpunkt lässt sich in 0,1-µs-Auflösung vorgeben (etwa zur Synchronisation mit anderen Abläufen)
• Timer-Frequenz bis zu 20 kHz und mehr
• Jitter im einstelligen Mikrosekundenbereich
• Timerperiode dynamisch justierbar

Multitasking

• Präemptives Echtzeitsystem
• Echtzeit-Tasks mit bis zu 255 Prioritätsstufen programmierbar
• Dynamische Anpassung der Prioritätsstufe möglich
• Mehrere Tasks mit der gleichen Prioritätsstufe als „Round-Robin“
• Inklusive Prioritätsvererbung zur Vermeidung der Prioritätsinversion
• Echtzeit-Semaphore zur Synchronisation zwischen Echtzeit-Tasks
• Echtzeit-Events zur Signalisierung von Tasks von außerhalb
• Tasks lassen sich suspendieren, fortsetzen, triggern, vorzeitig beenden („exit“) und abbrechen („kill“)
• Tasks lassen sich verzögern (in 0,1-µs-Auflösung)
• Betrieb von CPU-Kernen ausschließlich im Echtzeitmodus zur Vermeidung von Windows-Beeinflussung
• sehr kurze Taskwechselzeiten
• Speedloop-Modus für hochgenaue zyklische Ausführung

Erfordert Timer Module

Dedicated CPU Extension

Erweiterung um zusätzliche logische dedizierte CPUs

• Extended Level: bis 8
• Maximum Level (benötigt Extended Level): bis 47 (darüber auf Anfrage)

Mit dem PTP Module lassen sich mehrere Netzwerkteilnehmer in einem verteilten System präzise synchronisieren und in Echtzeit ansteuern. Das Kithara Echtzeitsystem sorgt dafür, dass genaue Zeitstempel mit Abweichungen im Sub-Mikrosekundenbereich erzeugt werden, um so die Zeitgeber aller Teilnehmer genau abzugleichen. Die API ermöglicht die Verwendung des BMCA (Best Master Clock Algorithm), der den bevorzugten Zeitgeber nach konfigurierbaren Parametern ermittelt. Alternativ können Master und Slaves manuell gesetzt werden.

• Präzise Synchronisation mehrerer Netzwerkteilnehmer
• Genaue Zeitstempel mit Abweichungen im Sub-Mikrosekundenbereich
• Konfigurierbarer BMCA (Best Master Clock Algorithm)
• Manuelle Einstellung von Master und Slaves
• Erfordert Network Module

NMEA Extension

Echtzeit-Kommunikation und -synchronisation mit NMEA 0183.

gPTP Extension

Die gPTP Extension erweitert das PTP Module um die Unterstützung für das „generalized Precision Time Protocol“ (definiert in IEEE 802.1AS), einem vereinfachten PTP-Profil. Die gPTP Extension ermöglicht das hochgenaue Synchronisieren aller Zeitgeber in einem verteilten System, beschränkt sich jedoch auf einen übersichtlichen Satz an Funktionen und ist damit für ein breiteres Anwendungsspektrum geeignet. So müssen Zeitgeber beispielsweise nicht mehr einzeln konfiguriert werden, sondern sind vereinheitlicht.

• Präzise Synchronisation mehrerer Netzwerkteilnehmer
• Vereinfachtes PTP-Profil
• Alle Zeitgeber vereinheitlicht
• Einfachere Konfiguration des BMCA (Best Master Clock Algorithm)