Echtzeit – Ergebnisse innerhalb einer Zeitspanne

Bei vielen technischen Prozessen und in der Informationsverarbeitung kommt es darauf an, dass bestimmte Ergebnisse innerhalb einer bestimmten Zeitspanne vorliegen. Dabei wird meistens der Begriff Echtzeit verwendet. Was zeichnet echtzeitfähige Systeme aus? Wie „schnell“ müssen diese sein und wo werden sie überhaupt benötigt? Diesen Fragen wollen wir mit dem folgenden Artikel auf den Grund gehen.

Echtzeit ist ungleich Schnelligkeit

Echtzeit ungleich Schnelligkeit

Echtzeitfähige Systeme zeichnen sich dadurch aus, dass sie bestimmte Ergebnisse garantiert bzw. größtenteils innerhalb einer bestimmten Zeitspanne liefern können. Das bedeutet nicht, dass ein echtzeitfähiges System besonders schnell arbeiten muss. Betrachtet man z.B. die Datenerfassung eines Haushalts-Thermometers, so genügt es, wenn die Temperaturwerte innerhalb von einigen Sekunden aufgenommen, verarbeitet und ausgegeben werden können. Diese Zeitspanne ist hier ausreichend, da sich die Raumtemperatur nur langsam ändert. Ein Fall bei dem schon deutlich kürzere Zeitspannen nötig sind, ist ein Textverarbeitungsprogramm wie z.B. OpenOffice oder Microsoft Word. Beim Schreiben muss der Buchstabe, nachdem er vom Anwender auf der Tastatur betätigt wurde, schon innerhalb weniger Millisekunden auf dem Bildschirm ausgegeben werden, um dem Anwender das Gefühl des flüssigen Arbeitens zu geben.

Qualität der Echtzeit

In beiden genannten Fällen kann man von Echtzeitanwendungen sprechen, ohne dass diese besonders schnell arbeiten. Es kommt vielmehr darauf an, wie sich die Ergebnisse zu der gesetzten Zeitspanne verhalten. Wird diese geforderte Zeitspanne immer garantiert eingehalten und würde eine Überschreitung zum Versagen des Systems führen, spricht man von „harter Echtzeit“. Ein Beispiel dafür wäre z.B. die Steuerung zum Auslösen eines Fahrzeugairbags. Hier muss die Steuerung innerhalb eines Sekundenbruchteils einen Aufprall erkennen, die Daten verarbeiten und entscheiden, ob eine Auslösung des Airbags stattfinden soll. Die Reaktionszeit liegt hier ungefähr bei einer Millisekunde und eine Überschreitung würde zu einem verzögerten Auslösen des Airbags führen und somit die Schutzwirkung beeinträchtigen.

Kann nicht garantiert werden, dass die Zeitspanne eingehalten wird, spricht man von „weicher Echtzeit“ bzw. von „fester Echtzeit“. Bei „weicher Echtzeit“ wird ein Großteil der anfallenden Berechnungen innerhalb der Zeitspanne abgearbeitet. Jedoch kann es in Einzelfällen zu Überschreitungen der gewünschten Zeitspanne kommen. Eine Überschreitung führt bei solchen Systemen allerdings nicht direkt zum Versagen. Das Textbearbeitungsprogramm gehört zu dieser Kategorie. Wird z.B. die Zeitspanne bei der Texteingabe überschritten, erscheint der Buchstabe erst verspätet auf dem Bildschirm und der Anwender hat das Gefühl, dass sein System „ruckelt“.
Bei „fester Echtzeit“ führt eine Überschreitung auch nicht zum Versagen. Allerdings sind die hier erhobenen Werte für weitere Berechnungen nutzlos, da sie nicht mehr die nötige Aktualität besitzen und deshalb verworfen werden müssen.

Fazit

Harte Echtzeitfähigkeit ist heute eine wichtige Anforderung in der Automatisierungstechnik und der Robotik. Vor allem in Bereichen in denen Regelungen von Motoren oder anderen Aktoren verwirklicht werden sollen, aber auch bei Prozesssteuerungen, verfahrenstechnischen Anlagen oder Verkehrsmitteln, müssen bestimmte Ergebnisse innerhalb einer bestimmten Zeitspanne vorliegen, um vernünftige Regelungen und Steuerungen zu implementieren. Bei dem Aufbau eines durchgängigen Echtzeitsystems muss deshalb darauf geachtet werden, dass alle verbauten Komponenten die benötigten Echtzeitanforderungen erfüllen und nicht eine Komponente das komplette System ausbremst. Deshalb legt die Robot Makers GmbH bei der Konzeption ihrer Echtzeitsysteme großen Wert darauf, dass alle Komponenten – vom Betriebssystem über das Bussystem bis zur Leistungselektronik – echtzeitfähig sind und auch optimal miteinander zusammenarbeiten.

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