PTIK A 2009

PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK REAL-TIME 092904033 PTIK A 2009 CHAPTER 13. 1

PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK REAL-TIME CHAPTER 13. 2

TUJUAN Memahami konsep sistem Real-Time dan mengapa sistem real-time biasanya diimplementasi sebagai satu set proses yang konkuren Mengetahui proses perancangan untuk sistem real-time Memahami para eksekutif real-time Memahami arsitektur proses yang umum untuk sistem monitor dan kontrol dan sistem akusisi data CHAPTER 13. 3

MATERI PERANCANGAN SISTEM EKSEKUSI REAL TIME SISTEM MONITORING DAN KONTROL SISTEM AKUSISI DATA CHAPTER 13. 4

SISTEM REAL TIME Sistem real-time merupakan perangkat lunak di mana kerja benar dari sistem tersebut bergantung pada hasil yang dikeluarkanoleh sistem dan waktu di mana hasil ini dibuat. Sistem real-time lunak merupakan sistem yang operasinya terdegradasi jika hasil tidak dikeluarkan menurut persyaratan waktu yang telah ditentukan. Sistem real-time keras merupakan sistemyang operasinya tidak benar jika hasil tidak diberikan menurut spesifikasi waktu. CHAPTER 13. 5

SISTEM REAL TIME Cara memandang sistem real-time adalah sebagai sistem stimulus/respons. Jika diberikan suatu stimulus input tertentu,sistem harus menghasilkan respons yang sesuai. Dengan demikian dapat didefinisikan dengan mendaftar stimuli yang diterima oleh sistem,respons yang berhubungan dan waktu dimana respons tersebut harus diberikan. CHAPTER 13. 6

SISTEM REAL TIME Stimulus/stimuli terbagi menjadi dua kelas: Stimuli Periodik Terjadi pada interval waktu yang dapat diramalkan Stimuli Aperiodik Terjadi secara ireguler (pada interval yang tidak dapat diramalkan). CHAPTER 13. 7

Gambar 13.1 Model Umum System Real-Time Gambar 13.2 Proses Control Sensor/Aktuator CHAPTER 13. 8

Penjelasan Gambar 13.1 model umum system real-time Gambar 13.2 proses control sensor/aktuator Generalitas dari model stimulis/respons untuk sistem real time ini menghasilkan model arsitektur generik di mana terdapat tiga proses. Setiap proses,terdapat suatu: Proses Manajemen dimana proses komputasi menghitung respons yang dibutuhkan untuk stimuli yang diterima oleh sistem. Proses Kontrol dimana akuator menangani operasi akuator. Model imi memungkinkan data dikumpulkan cepat dari sensor dan memungkinkan pemrosesan dan respons akuator yang berhubungan dilakukan kemudian. CHAPTER 13. 9

Perancangan Sistem Proses perancangan untuk sistem real-time berbeda dari proses perancangan perangkat lunak lain karena waktu tanggap sistem harus diperhitungkan di awal proses. Event stimuli,ketimbang objek atau fungsi, harus merupakan pusat proses perancangan. CHAPTER 13. 10

Perancangan Sistem Ada beberapa tahapan pada proses perancangan ini: 1. Identifikasi stimuli yang harus diproses sistem dan respons yang sesuai 2. Untuk setiap stimulus dan respons yang sesuai,identifikasi batasan waktu yang berlaku untuk stimulus dan pemrosesan respons. 3. Gabungkan pemrosesan stimulus dan respons menjadi sejumlah proses yang konkuren. Model umum yang baik untuk arsitektur sistem adalah mengasosiasikan proses. CHAPTER 13. 11

Perancangan Sistem Lanjutan 4. Untuk setiap stimulus dan respons,rancang algoritma untuk melakukan komputasi yang diperlukan. Desain algoritma seringkali harus dikembangkan relatif di awal proses perancangan untuk memberikan indikasi mengenai banyaknya pemrosesan yang dibutuhkan dan waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan pemrosesan ini. 5. Rancang sistem penjadwalan yang akan menjamin bahwa proses dimulai memenuhi batas waktu akhirnya 6. Integrasikan sistem dengan kontrol eksekutif real-time CHAPTER 13. 12

Perancangan Sistem Analisis waktu sistem real-time cukup sulit. Karena sifat yang tidak dapat diramalkan dan stimuli aperiodik,perangcang harus membuat asumsi mengenai probabilitas terjadinya stimuli ini pada waktu kapanpun. Proses pada sistem real-time harus dikoordinasikan. Mekanisme koordinasi proses menjamin mutual exclusion untuk sumber daya yang dipakai bersama. Karena sistem real-time harus memenuhi batasan waktunya,tidaklah praktik jika harus menggunakan sistem real-time keras yang melibatkan overhead implementasi tambahan CHAPTER 13. 13

Pemodelan sistem real-time Model status sistem menganggap bahwa,pada setiap saat, sistem berada pada salah satu dari sekian banyak status yang mungkin. Ketika suatu stimulus diterima,transisi ke status yang berbeda dapat terjadi. Sebagai contoh suatu sistem yang mengontrol sebuah katup dapar berpindah sari status Valve Open ke status Valve Closed ketika command operator diterima. CHAPTER 13. 14

Gambar 13.3 Model Mesin Status Oven Microwave CHAPTER 13. 15

Penjelasan Gambar 13.3 Model Mesin Status Oven Microwave Menujukkan model microwave sederhana yang dilengkapi dengan tombol tombol untuk mengatur power dan timer untuk memulai kerja sistem. Persegi dengan sudut bulat mempresentasikan status sistem dan tabel yang diberi tanda panah mempresentasikan stimuli yang memaksa transisi dari satu status ke yang lain. Nama-nama yang dipilih pada diagram mesin status bersifat deskriptif dan informasi yang berhubungan menunjukkan aksi yang dilakukan akuator sistem atau informasi yang ditampilkan. CHAPTER 13. 16

Lanjutan Nama-nama yang dipilih pada diagram mesin status bersifat deskriptif dan informasi yang berhubungan menunjukkan aksi yang dilakukan akuator sistem atau informasi yang ditampilkan. Baca operasi tersebut dengan membaca model dari kiri kekanan. Pada status awal(waiting),user dapat memilih fullpower atau half-power. Status berikutnya dimasuki user menekan tombol timer dan menentukan waktu,operasi kemudian dapat di-enable ketika pintu oven ditutup dan makanan tersebut masak selama status Operation. Akhirnya,ketika proses memasak selesai, oven kembali ke status Waiting CHAPTER 13. 17

Pemodelan sistem real-time Model status merupakan cara yang baik dan tidak bergantung pada bahasa dalam mempresentasikan desain dengan sistem real-time. Model ini bagian integral dari metode perancangan real-time(ward dan Mellor,1985; Harel 1987,1988). Metode Harel yang berdasarkan pada notasi yang disebut StateChart. Menstruktur model status sehingga sekumpulan status dapat dianggap sebagai entitas. CHAPTER 13. 18

Pemrograman Real-time Bahasa Pemrograman yang digunakan untuk implementasi system real-time juga dapat mempengaruhi desain. Sistem real-time keras kadang-kadang masih deprogram dalam bahasa assembly,sehingga batas waktu pengiriman yang ketat tidak dapat dipenuhi. keuntungan menggunakan bahasa pemrograman tingkat rendah seperti C adalah dimungkinkannya pengembangan program yang sangat efisien. CHAPTER 13. 19

Pemrograman Real-time Bahasa ini bergantung pada system operasi atau fasilitas,eksekutif dan,dengan demikian, ada cakupan yang bertambah untuk pemrograman. Program juga seringkali lebih sulit dipahami. Versi awal java(pada saat itu disebut OAK) dirancang untuk penulisan system embedded skali kecil seperti pada kontroler peralatan. Akan tetapi, karena system system ini tidak memiliki batasan waktu yang ketat,java tidak menyertakan suatu penjadwalan thread atau untuk menspesifikasi bahwa thread harus berjalan pada waktu-waktu yang tertentu. Itulah sebabnya Java, tidak sesuai untuk pemrograman real-time keras atau system-system dimana proses memiliki batas waktu yang ketat. CHAPTER 13. 20

Eksekutif Real-time Eksekusi Real-Time analog dengan system operasi pada computer umum, eksekutif ini menangani proses dan alokasi sumber daya pada system real-time. Eksekusi ini memulai dan menghentikan proses yang sesuai sehingga stimuli dapat ditangani dan mengalokasikan memori dan sumber daya prosesor. Baker dan Scallon(1986) memberikan pembahasan yang baik mengenai fasilitas yang dibutuhkan pada eksekutif real-time. Cooling (1991) juga membahas produk eksekutif real-time komersil, walaupun ada beberapa produk eksekutif real time yabg tersedia, persyaratan yang khusus dari banyak system real time seringkali yang dikembangkan. CHAPTER 13. 21

eksekutif Real-time Gambar 13.4 komponen-komponen eksekutif real-time CHAPTER 13. 22

eksekutif Real-time Clock real-time. Komponen ini memberikan informasi untuk menjadwalkan proses secara periodik. Interrupt handler. Menangani permintaan aperiodic untuk layanan. Penjadwal. Komponen ini bertanggung jawab terhadap pemeriksaan proses yang dapat dijalankan dan memilih salah satunya untuk dieksekusi. Manajer Sumber Daya. Jika diberikan proses yang dijadwalkan untuk dieksekusi, manajer sumber daya mengalokasikan memori yang sesuai dan sumber-sumber daya proses. Despatcher. Komponen ini bertanggung jawab untukm memulai ekseskusi suatu proses. CHAPTER 13. 23

Manajemen Real-time Manajemen Proses pada eksekutif real-time berhubungan dengan penanganan set proses konkuren yang merupakan bagian dari system real-time. Manajer Proses harus memilih satu proses untuk dieksekusi, mengalokasikan memori dan sumber daya proses bagi proses tersebut dan memulai eksekusinya pada proses. proses-proses periodic adalah proses-proses yang harus dieksekusi pada interval waktu yang telah ditentukan sebelumnya untuk menentukan kapan suatu proses akan dieksekusi. CHAPTER 13. 24

Manajemen Real-time Gambar 13.5 aksi eksekutif real-time yang dibutuhkan untuk memulai suatu proses. CHAPTER 13. 25

Manajemen Real-time Keterangan Gambar 13.5 aksi eksekutif real-time yang dibutuhkan untuk memulai suatu proses. Daftar proses periodik diperiksa oleh penjadwal uang memilih proses yang akan dijalankan. Pilihan bergantung pada prioritas proses, periode proses, waktu eksekusi yang diharapkan, dan batas waktu proses yang siap. Kadangkala yang, dua proses dengan batas waktu yang berbeda haru dijalankan pada detak clock yang sama. Pada situasi seperti ini, salah satu proses harus ditunda selama batas waktunya yang masih dapat dipenuhi. CHAPTER 13. 26

Manajemen Real-time Ada Dua Strategi Penjadwalan Dasar: 1. Penjadwalan non-preempsi. Begitu suatu proses telah dijadwalkan untuk eksekusi, proses akan berjalan sampai selesai atau sampai diblok, untuk suatu alasana seperti menunggu input. Hal ini megakibatkan masalah jika terdapat proses dengan prioritas yang berbeda dan proses berprioritas tinggi ternyata harus menunggu prioritas rendah selesai. 2. Penjadwalan preempsi. Eksekusi proses yang sedang berjalan dapat dihentikan jika proses dengan prioritas lebih tinggi membutuhkan layanan. Proses dengan priorotas lebih tinggi tersebut melakukan preempsi terhadap eksekusi proses yang prioritasnya lebih rendah dan dialokasikan ke prosesor. CHAPTER 13. 27

Sistem monitoring dan kontrol sistem Monitoring Dan Kontrol merupakan system real time yang yang penting. Sistem-sistem ini memeriksa sensor yang memberikan informasi mengenai lingkungan system dan mengambil tindakan dengan hasil pembacaan sensor. System monitoring mengambil tindakan ketika dideteksi nilai sensornya eksepsional. System control terus mengontrol akuator perangkat keras dengan bergantung pada nilai yang bersangkutan. CHAPTER 13. 28

Sistem monitoring dan kontrol Persyaratan Timing stimulus/respons STIMULUS/RESPONS Interrupt Kegagalan Power Alarm Waktu Alarm Jendela Detektor Gerakan Alarm Yang Dapat Terdengar Saklar Lampu Komunikasi Syntheizer PERSYARATAN WAKTU Pengalihan ke power backup harus dilakukan dalam batas waktu 50 ms. Setiap alarm pintu harus dipantau (poll) dua kali per detik Setiap alarm pintu harus dipantau dua kali per detik Setiap detector gerakan harus dipantau dua kali per detik Alarm yang dapat terdengar harus dihidupkan dalam waktu ½ detik setelah alarm diaktifkan oleh sensor Lampu-lampu harus dihidupkan dalam waktu1/2 detik setelah alarm diaktifkan oleh sensor Panggilan ke polisi harus dimulai dalam 2 detik setelah alarm diaktifkan oleh sensor Pesan yang tersintesis harus tersedia dalam 4 detik setelah alarm diaktifkan oleh sensor CHAPTER 13. 29

Sistem monitoring dan kontrol Gambar 13.7 Arsitektur proses sistem alarm pencuri CHAPTER 13. 30

Sistem Monitoring dan kontrol Gambar 13.9 Arsitektur proses system control temperatur CHAPTER 13. 31

Sistem akusisi data Sistem akusisi data merupakan kelas lain dari sistem realtime yang biasanya didasarkan pada model arsitektural generik Sistem ini mengumpulkan data dari sensor untuk pemrosesan dan analisis selanjutnya. Pada sistem ini real-time yang melibatkan akusisi data dan pemrosesan,kecepatan eksekusi dan periode proses akusisi dan proses pemrosesan mungkin berada diluar jalur. Jika dibutuhkan pemrosesan yang signifikan,akusisi data bisa lebih cepat daripada pemrosesan data. Jika yang diperlukan hanya komputasi sederhana,pemrosesan bisa lebih cepat dari akusisi data. CHAPTER 13. 32

Sistem akusisi data Arsitektur Sistem Monitoring Fluks CHAPTER 13. 33

Sistem akusisi data Keterangan Arsitektur Sistem Monitoring Fluks Mempresentasikan sistem yang mengumpulkan data dari sensor yang memonitor fluks neutron pada reaktor nuklir. Data sensor diletakkan pada buffer,dari mana data disaring dan diproses dan tingkat fluks ratarata ditampilkan pada display operator. Setiap sensor memiliki proses yang berhubungan yang mengubah tingkat fluks input analog menjadi sinyal digital CHAPTER 13. 34

Sistem akusisi data lanjutan Proses ini meneruskan tingkat fluks ini,dengan identifier sensor,ke buffer data sensor. Proses yang bertanggung jawab untuk pemrosesan data mengambil data mengambil data dari buffer ini, memrosesnya dan meneruskannya ke proses display untuk output pada kontrol operator. CHAPTER 13. 35

Sistem akusisi data Untuk memperhalus perbedaan kecepatan,sebagian sistem akusisi data membuffer data input dengan memakai buffer sirkular atau ring. Proses yang menghasilkan data (produsen) menambahkan informasi ke buffer ini dan proses yang memakai data (konsumen) mengambil informasi dari buffer. Lebih jelas kita dapat melihat gambar dibawah ini. CHAPTER 13. 36

Sistem akusisi data Ring Buffer Untuk Akusisi Data CHAPTER 13. 37

Sistem akusisi data Eksklusi mutual harus diimplementasi harus mencegah proses produsen dan konsumen mengakses elemen yang bahwa yang sama pada buffer pada saat yang sama. Sistem juga harus menjamin bahwa produsen tidak mencoba menambahkan satu informasi ke buffer yang penuh dan konsumen tidak mengambil dari bufffer kosong. CHAPTER 13. 38

Hal-hal penting Sistem Real-Time(waktu nyata) adalah sistem perangkat lunak yang harus merespons event dalam waktu nyata. Kebenarannya tidak terletak hanya pada hasil yang dikeluarkannnya, tetapi juga pada waktu ketika hasil ini dikeluarkan. Model umum untuk arsitektur sistem real time melibatkan asosiasi proses dengan setiap kelas sensor dan piranti akuator. Proses koordinasi lainnya mungkin juga diperlukan. Perancangan arsitektural sistem real-time biasanya melibatkan pengorganisasian sistem sebagai satu set proses konkuren yang berinteraksi. CHAPTER 13. 39

Hal-hal penting Eksekutif real-time bertanggung jawab untuk manajemen proses dan sumber daya. Eksekutif ini selalu mencakup penjadwal yang merupakan komponen yang bertanggung jawab untuk memutuskan proses mana yang harus dijadwalkan untuk dijalankan. Keputusan penjadwalan diambil dengan menggunakan prioritas tinggi. Sistem monitoring dan kontrol secara periodik memantau (poll) satu set sensor yang menangkap informasi dari lingkungan sistem. Sistem-sistem ini mengambil tindakan, bergantung pada pembacaan sensor, dengan mengeluarkan command ke akuator CHAPTER 13. 40

Sistem akusisi data Sistem akusisi data biasanya diorganisir menurut model produsen-konsumen. Proses produsen meletakkan data pada buffer sirkular di mana data tersebut dipakai oleh proses konsumen. Bufffer juga diimplementasi sebagai proses sehingga konflik antara produsen dan konsumen dapat dihilangkan. Walaupun java memiliki fasilitas pendukung konkurensi, java tidak sesuai untuk pengembangan sistem real-time yang kritis waktu. Java memiliki fasilitas untuk mengontrol eksekusi dan kita mungkin melakukan analisis perilaku waktu program java. CHAPTER 13. 41

Terima kasih... CHAPTER 13. 42