Design and implementation of a modular scheduling simulator for aerospace applications

• Author(s): Silveira, Rui Pedro Ormonde
• Date: 2012
• Persistent ID: http://hdl.handle.net/10451/9084
• Origin: Repositório da Universidade de Lisboa
• Subject(s): Tempo-real; Algoritmos de escalonamento; Partição; Simulador; Teses de mestrado - 2012
• Document Type: Master thesis
• Language: English
• Advisor(s): Rufino, José M.; Craveiro, João Pedro Gonçalves Crespo
• Contributor(s): Repositório da Universidade de Lisboa

Description

Tese de mestrado em Engenharia Informática, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2012

Sistemas tempo-real têm de produzir os resultados esperados de cada tarefa atempadamente de acordo com a urgência de cada uma. Desde os anos 70 tentam-se obter formas de coordenar a execução das tarefas para cumprir todos os prazos através de algoritmos de escalonamento. Na sua maioria estes algoritmos apesar de terem requerido um extensivo trabalho por parte de quem os criou são simples de compreender. Um dos mais antigos é o algoritmo “Earliest Deadline First”, que consiste em dar maior prioridade às tarefas mais urgentes. Alguns sistemas devido às suas características particulares obedecem a modelos mais complexos. É o caso dos sistemas aeronáuticos onde é necessário manter o isolamento entre as funcionalidades. As funções são agrupadas logicamente em contentores denominados partições. Para garantir essa separação no domínio do tempo introduz-se um esquema de escalonamento a dois níveis. Um primeiro que determina as janelas temporais a dar a cada partição e um segundo nível onde estão as partições e respectivas funções. Os algoritmos de escalonamento utilizados em cada nível não tem de ser iguais; no segundo nível, cada partição pode usar um algoritmo diferente. Após estudar o que actualmente existe decidimos orientar o nosso trabalho para partições e escalonamento hierárquico pois é de onde poderemos vir a obter melhores resultados e soluções para sistemas futuros. Fazendo uso de padrões de desenho, bem como características do Java, tais como herança e polimorfismo conseguimos obter uma solução que após implementada permite aos seus utilizadores simularem a execução de um sistema que estes definam. Permite também obter os eventos e com estes mostrar ao utilizador o que o simulador fez em cada momento do sistema podendo estes resultados ser exibidos em formato textual ou fazer uso de outras aplicações de visualização de resultados.

Real-time systems are required to produce results from each task in time, according to the urgency of each one. Since the 1970s researchers try to obtain ways to coordinate the execution of tasks to meet all deadline, by using scheduling algorithms. Although the majority of these algorithms required an extensive work from those who created them, they are simple to understand. One of the oldest is the Earliest Deadline First algorithm, which attributes higher priority to the most urgent tasks. Due to their characteristics, some systems obey to more complex models; this is the case of aerospace systems. These systems require full isolation between functionalities. The functions, composed of tasks (processes), are logically grouped into partitions. To ensure separation in the time domain, a two level scheduling scheme is introduced. The first level determinates the time windows to assign to each partition; in the second level, tasks in each partition compete among them for the execution time assigned to the latter. The scheduling algorithms used in each level do not need to be the same; in the second level, each partition may even employ a different algorithm to schedule its tasks. After studying what currently exists we have decided to guide our work to partitions and hierarchical scheduling because it is where we see producing better results and solutions for future systems. Using design patterns as well as Java properties such as inheritance and polymorphism we were able to obtain a solution that after implemented allows users to simulate the execution of a system defined by them. The tool allows obtaining events and showing them to the user and giving feedback, these events represent the basic functionalities of a real-time system, such as, job launch and job deadline miss and others. These results can be shown in textual form or use other applications of results visualization.