Système temps réel

Les systèmes informatiques temps réel sont aujourd'hui présents dans de nombreux secteurs d'activités :

• l'industrie de production par exemple, au travers des systèmes de contrôle de procédé (usines, centrales nucléaires) ;
• les salles de marché au travers du traitement des données boursières en « temps réel » ;
• l'aéronautique au travers des systèmes de pilotage embarqués (avions, satellites) ;
• l’automobile avec le contrôle de plus en plus complet des paramètres moteur, de la trajectoire, du freinage, etc. ;

et dans le secteur de la nouvelle économie au travers du besoin, toujours croissant, du traitement et de l'acheminement de l'information (vidéo, données, pilotage à distance, réalité virtuelle, etc.).

Le développement de systèmes temps réel nécessite donc que chacun des éléments du système soit lui-même temps réel, c’est-à-dire permettre de prendre en compte des contraintes temporelles et la priorité de chacune des tâches. Un système d'exploitation conçu pour prendre en compte ces contraintes est appelé système d'exploitation temps réel.

Pour garantir le respect de limites ou contraintes temporelles, il est nécessaire que :

• les différents services et algorithmes utilisés s'exécutent en temps borné mais peuvent être interrompus par un processus plus prioritaire ;
• Un système d'exploitation temps réel doit ainsi être conçu de manière que les services qu'il propose (accès hardware, etc.) répondent en un temps borné et soient interruptibles ;
• les différents enchaînements possibles des traitements garantissent que chacun de ceux-ci ne dépassent pas les contraintes temporelles. Ceci est vérifié à l'aide du « test d'acceptabilité ».

Une tâche est généralement caractérisée par un temps de calcul (C_i), une échéance (D_i) qui est la date à laquelle la tâche doit avoir terminé son exécution, et dans le cas des tâches périodiques, par une période (T_i) qui représente la durée séparant ses instants d'activation. Une exécution de la tâche est appelée une instance.

On distingue le temps réel strict ou dur (de l'anglais hard real-time) et le temps réel souple ou mou (en anglais soft real-time) suivant l'importance accordée aux contraintes temporelles :

Le temps réel strict

ne tolère aucun dépassement de ces contraintes, ce qui est souvent le cas lorsque de tels dépassements peuvent conduire à des situations critiques, voire catastrophiques : pilote automatique d'avion, système de surveillance de centrale nucléaire, etc. On peut considérer qu'un système temps réel strict doit respecter des limites temporelles données même dans la pire des situations d'exécution possibles.

Le temps réel souple

s'accommode de dépassements des contraintes temporelles dans certaines limites au-delà desquelles le système devient inutilisable ou pénible : visioconférence, jeux en réseau, etc. Un système temps réel souple doit respecter ses limites pour une moyenne de ses exécutions. On tolère un dépassement exceptionnel, qui pourra être compensé à court terme.

Théoriquement, le concepteur d'un système temps réel prétendu strict devrait être capable de prouver que les limites temporelles ne seront jamais dépassées quelle que soit la situation. Cette vérification est appelée « test d'acceptabilité », « analyse de faisabilité » ou encore « contrôle d'admission » ; elle fait appel à la théorie de l'ordonnancement. Elle dépend de l'ordonnanceur utilisé et des caractéristiques des tâches du système.

Pour un système souple, on pourra se contenter de mesures statistiques obtenues sur un prototype.

Une liste non exhaustive est disponible ici.

Jane W. S. Liu, « Real-time Systems », Prentice Hall, 2000.