Echtzeit

In der Informatik spricht man von Echtzeit (englisch: real-time, deutsch: veraltet Realzeit) um sie von einer Modellzeit zu unterscheiden. Echtzeit bedeutet dabei die Zeit, die Abläufe in der "realen Welt" verbrauchen. Modellzeit hingegen bedeutet die von einer Software selbstverwaltete Laufzeit. Ist nun diese Modellzeit synchron zu Echtzeit, spricht man davon, dass das System echtzeitfähig ist.

Beispiele für Echtzeit

in der Simulation: Die Simulationszeit in einem Simulator kann Zeit raffen, zum Beispiel wenn die Simulation einer Populationsdynamik, welche in Echtzeit mehrere Jahrzehnte oder Jahrhunderte dauert, innerhalb weniger Stunden simuliert werden kann. Oder die Zeit wird gestreckt, wenn z. B. sehr schnelle Prozesse aus der realen Welt nachvollziehbar dargestellt werden sollen, wie z. B. die Simulation der Teilchenstreuung bei einer Explosionsreaktion. Ist die Simulationszeit gleich der Zeit in der realen Welt, so handelt es sich um Echtzeitsimulation.
im Rendering von Bildern oder Filmen. Echtzeit-Rendering ist dabei die Berechnung von Bildern in der Geschwindigkeit, wie es die Anzeige verlangt.

Echtzeit in der Messtechnik und Automatisierung - Sind Echtzeitsysteme schnell? - Was sind die Kenngrößen und Auswahlkriterien?

Der Begriff „Echtzeit“ legt lediglich fest, dass ein System auf ein Ereignis innerhalb eines vorgegebenen Zeitrahmens reagieren muss. Der Begriff sagt nichts über die Geschwindigkeit oder Verarbeitungsleistung eines Systems aus. Zur Beschreibung einer Steuerungs- und Regelungsaufgabe reicht es aber nicht aus, nur „Echtzeit“ zu fordern. Die Anforderungen sind erst vollständig definiert, wenn außerdem die Zeit angegeben wird, in der das System mit Sicherheit reagiert haben muss. Je nach Art der Anwendung kann sich diese „Reaktionszeit“ innerhalb eines weiten Bereichs bewegen:

– Für Einsatzbereiche wie Temperaturregelungen oder Füllstandsüberwachungen sind Reaktionszeiten von einigen Sekunden völlig ausreichend (günstige Microcontroller, einfache SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung).

– Automatisierungslösungen mit einer SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) oder auf einem Feldbussystem basierende Produktionslinien kommen mit Reaktionszeiten im Millisekunden-Bereich hervorragend aus.

– Schnelle digitale Regelungen, Steuerungen, Filterungen und Überwachungen, Messdaten-Onlineauswertung benötigen Echtzeit-Systeme die im Mikrosekunden-Bereich arbeiten (ADwin).

Die Anforderung einer Automatisierungsaufgabe ist immer das Kriterium dafür, welches Echtzeitsystem zum Einsatz kommt.

Wie hängen die Reaktionszeiten eines Echtzeitsystems mit der Aufgabe und Realisierung der Lösung zusammen?

Auf einem Echtzeitsystem laufen in der Regel verschiedene Prozesse gleichzeitig mit unterschiedlicher Priorität ab. Die Reaktionszeit beschreibt die Zeitdauer für einen vollständigen Wechsel von einem Prozess niederer Priorität zu einem Prozess höherer Priorität. Dieser Wechsel wird dann eingeleitet, wenn ein definiertes Ereignis eintritt, z.B. generiert durch einen externen Trigger oder interne Timer. Die eigentliche Abarbeitung des aufgerufenen Prozesses beginnt erst nach dem ausgeführten Prozesswechsel.

Folgendes Beispiel soll den Zusammenhang zwischen der Reaktionszeit und dem Einfluss auf die zu realisierende Anwendung verdeutlichen: Ein fiktives Echtzeitsystem habe eine angenommene Reaktionszeit von 10µs. Auf diesem Echzeitsystem sollen verschiedene Prozesse mit unterschiedlichen Zykluszeiten ablaufen. Je nach Zykluszeit des Prozesses nimmt die Reaktionszeit einen beträchtlichen Prozentsatz ein:

Prozess	Frequenz	Zykluszeit bzw. Periodendauer	Reaktionszeit in % von der Zykluszeit
Prozess 1	1KHz	1000µs	1%
Prozess 2	10KHz	100µs	10%
Prozess 3	50KHz	20µs	50%
Prozess 4	100KHz	10µs	100%

Während bei Prozess 1 und 2 die Reaktionszeit nur einen kleinen Anteil der Prozesszykluszeit einnimmt, somit diese sicherlich realisierbar sind, sieht man deutlich den mit 50% größeren Anteil der Reaktionszeit bei Prozess 3. Nicht mehr realisierbar wäre Prozess 4, denn hier nimmt die Reaktionszeit ganze 100% der Prozesszykluszeit ein, somit steht keine Rechenleistung für die eigentliche Aufgabenrealisierung mehr zur Verfügung. Daraus folgt: je schneller Prozesse ablaufen sollen, je kürzer muss die Reaktionszeit des Echtzeitsystems sein, um möglichst viel Rechenleistung für die Abarbeitung des Prozesses zur Verfügung zu stellen. Ideal wäre eine Reaktionszeit von „0“ was sicherlich unmöglich ist, aber mikrosekundengenaue mit Reaktionszeiten weit unter einer µs kommen dem schon sehr nahe.

Siehe auch

Betriebssystemtheorie | Zeitbegriff

Gourt Home::Gourt :: Echtzeit

Beispiele für Echtzeit

Echtzeit in der Messtechnik und Automatisierung - Sind Echtzeitsysteme schnell? - Was sind die Kenngrößen und Auswahlkriterien?

Wie hängen die Reaktionszeiten eines Echtzeitsystems mit der Aufgabe und Realisierung der Lösung zusammen?

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