Panoramica dei sistemi in tempo reale

Scopri gli effetti dei sistemi in tempo reale su applicazioni Internet delle cose in settori che vanno dalla produzione all'assistenza sanitaria, fino al petrolio, al gas e alla robotica.

Punti Principali

  • Un sistema in tempo reale è caratterizzato dalla sua capacità di produrre il risultato previsto entro un termine definito (tempestività), di coordinare gli orologi autonomi e di operare all'unisono (sincronizzazione di tempo).

  • Un sistema in tempo reale hard ha scadenze assolute e, se questi intervalli di tempo stabiliti non vengono rispettati, si verifica un guasto del sistema. Nei sistemi in tempo reale soft, il sistema continua a funzionare anche in caso di scadenza non rispettata, ma con una qualità dei risultati inferiore.

  • La capacità di un sistema in tempo reale è "misurata" in base a due requisiti: latenza e instabilità di elaborazione.

  • Intel offre hardware e software di riferimento a livello di sistema per lo sviluppo di applicazioni in tempo reale in cui ogni elemento deve operare in modo affidabile e prevedibile, in un determinato lasso di tempo per soddisfare i requisiti hard in tempo reale.

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Quando si tratta di aiutare le aziende a soddisfare le loro esigenze di elaborazione dei dati in tempo reale con sistemi in tempo reale affidabili e prevedibili, Intel offre le soluzioni, le tecnologie e i partner per realizzarlo.

La necessità di sistemi in tempo reale 

La crescente connettività globale, la mutazione delle esigenze dei consumatori relative a dati sempre disponibili e ad ambienti aziendali sempre attivi dotati di sensori stanno promuovendo la creazione, la raccolta e l'analisi di enormi quantità di dati. Entro il 2025, IDC stima che si registreranno 79,41 zettabyte di dati creati e circa il 30% 2 di essi richiederà un'elaborazione in tempo reale abilitata da sistemi in tempo reale.

La necessità di elaborazione in tempo reale è particolarmente fondamentale per le aziende nella robotica, produzione, assistenza sanitaria e settori ad alta precisione, come quello del petrolio, del gas ed elettrico, che si affidano ai dati in tempo reale per il miglioramento di sicurezza, efficienza e affidabilità.

Un fattore fondamentale per garantire che i dati vengano elaborati in tempo reale per le aziende in questi tipi di settori è la capacità di dare priorità al sistema, gestire ed eseguire i carichi di lavoro in tempo reale su carichi di lavoro non in tempo reale.
Ad esempio, i produttori automobilistici moderni fanno un enorme affidameto sui robot per collaborare insieme su una linea di produzione per l'assemblaggio di un'auto. I robot si passeranno reciprocamente i pessi, trapaneranno o salderanno, oppure eseguiranno ispezioni di sicurezza e il tutto richiederà un alto livello di precisione e tempistiche meticolose. In questo caso di utilizzo, un sistema in tempo reale deve avere la capacità di elaborare i dati in un lasso di tempo definito e prevedibile e garantire inoltre che le attività critiche, come i carichi di lavoro relativi alla sicurezza, siano completati prima di attività meno importanti.
Quindi, in che modo i settori basati sui dati garantiscono che i dati siano elaborati quando e dove devono essere elaborati? Sistemi in tempo reale.

Entro il 2025, IDC stima che si registreranno 79,41 zettabyte di dati creati e circa il 30% 2 di essi richiederà un'elaborazione in tempo reale abilitata da sistemi in tempo reale.

Che cos'è un sistema in tempo reale?

Il termine "sistema in tempo reale" fa riferimento a qualsiasi sistema di elaborazione delle informazioni con componenti hardware e software che eseguono funzioni di applicazioni in tempo reale e possono rispondere agli eventi in limiti di tempo prevedibili e specifici. Tra gli esempi comuni di sistemi in tempo reale figurano i sistemi di controllo del traffico aereo, i sistemi di controllo dei processi e i sistemi di guida autonomi.

Vantaggi dei sistemi in tempo reale per le applicazioni

I sistemi in tempo reale offrono diversi vantaggi:

Vantaggi
Tempistiche più precise I sistemi in tempo reale sono progettati per eseguire attività che devono essere eseguite entro scadenze di ciclo precise (fino ai microsecondi).
Prevedibilità e affidabilità più elevate Poiché i sistemi in tempo reale elaborano i dati in lassi di tempo definiti e prevedibili, l'esecuzione di attività o carichi di lavoro è praticamente garantita, migliorando pertanto l'affidabilità dei sistemi critici per l'azienda.
Dare priorit ai carichi di lavoro in tempo reale Quando i carichi di lavoro in tempo reale devono essere completati entro il termine stabilito per evitare guasti del sistema critico, la capacità di dare priorità ad alcuni carichi di lavoro rispetto ad altri è fondamentale. Alcuni, ma non tutti i sistemi in tempo reale, hanno questa capacità di dare priorità ai carichi di lavoro o alle attività.

Componenti di sistema in tempo reale 

Affinche un sistema in tempo reale possa essere in grado di elaborare in tempo reale, deve soddisfare due requisiti:

  • Tempestività: la capacità di produrre il risultato previsto entro una scadenza specifica.
  • Sincronizzazione temporale: la capacità degli agenti di coordinare gli orologi indipendenti e di cooperare all'unisono.

Quando valutano i sistemi in tempo reale, le aziende possono misurare il valore di qualsiasi sistema in base alla sua prevedibilità nel completamento di eventi o attività. La prevedibilità può essere ulteriormente valutata esaminando i sistemi:

  • Latenza: misurazione del tempo tra due eventi
  • Instabilità di elaborazione: variazione della latenza tra iterazioni

Un'altra caratteristica importante nei sistemi in tempo reale è la loro capacità di eseguire l'esecuzione congiunta dei carichi di lavoro in tempo reale e non in tempo reale per evitare guasti critici del sistema.

Infine, è importante comprendere in che modo i sistemi in tempo reale sono generalmente categorizzati. Essi sono designati come sistemi in tempo reale soft e hard in base alle difficoltà di tempistica.

Sistemi in tempo reale Soft e sistemi in tempo reale Hard

Il concetto di tempo reale può essere applicato a una varietà di casi di utilizzo. La maggior parte di questi casi di utilizzo, come la navigazione web e il gaming, rientra nella classificazione in tempo reale soft.

Per tempo reale Soft si intende quando un sistema continua a funzionare anche se non è in grado di eseguire attività in un determinato lasso di tempo. Se il sistema non rispetta la scadenza, non si verificheranno conseguenze critiche. Il sistema può continuare a funzionare, sebbene conuna qualità inferiore di produzione.

Tuttavia, ci sono alcuni settori, come la robotica, l'automotive, le utenze e l'assistenza sanitaria in cui i casi di utilizzo hanno requisiti più elevati relativamente a sincronizzazione, lassi di tempo e garanzia di tempo di esecuzione nel caso peggiore. Questi esempi rientrano nella classificazione di tempo reale hard.

Il tempo reale hard si verifica quando un sistema cessa di funzionare in caso di mancato rispetto di una scadenza, il che può comportare conseguenze catastrofiche.

Applicazioni di sistemi in tempo reale

Sistemi di controllo dei processi 

I sistemi di controllo dei processi sono utilizzati in applicazioni industriali in cui la produzione è continua e non si possono verificare interruzioni. Questi sistemi aiutano le aziende a conservare la qualità e a migliorare le prestazioni, effettuando test dei processi, raccogliendo i dati pertinenti e restituendo questi dati per il monitoraggio e la risoluzione dei possibili problemi. Le aziende del settore petrolifero e gas costituiscono utenti principali dei sistemi di controllo dei processi e spesso realizzano numerosi vantaggi, dall'efficienza aumentata al funzionamento di strutture in modo più sicuro, fino a tempi di inattività e perdite inferiori.

Visione artificiale 

La visione artificiale è utilizzata per aiutare le macchine a interpretare rapidamente i dati in modo da visualizzare i loro ambienti e prendere decisioni rapide in base a questo input visivo. Queste macchine sono spesso fondamentali per garantire la continuità di produzione o dei processi critici. I sistemi in tempo reale contribuiscono a garantire che tali macchine siano in grado di elaborare tali dati quasi in tempo reale.

Robotica

Le tecnologie robotiche sono utilizzate per una varietà di applicazioni complesse, molte delle quali richiedono limiti di tempistica precisi per garantire un'esecuzione di carichi di lavoro sicura, nonché una capacità di funzionamento continua. I sistemi in tempo reale rappresentano una parte preziosa dei sistemi operativi robotici a causa della necessità di elaborazione e di elaborazione in tempo reale.

Produzione

I produttori incentrati sul futuro si affidano a informazioni ottenute dalle applicazioni in tempo reale per evitare problemi di qualità dei prodotti, migliorare l'efficienza e le prestazioni e, in definitiva, ottenere un vantaggio competitivo. I sistemi in tempo reale embedded possono aiutare i produttori a ottimizzare la produttività, a migliorare la qualità e la coerenza dei prodotti e a migliorare la sicurezza in fabbrica.

Monitoraggio dell'assistenza sanitaria e dei pazienti 

La rapidità di elaborazione dei dati nell'assistenza sanitaria spesso fa la differenza tra la vita e la morte. I sistemi in tempo reale sono fondamentali per garantire la disponibilità dei dati dai sistemi di monitoraggio dei pazienti, come i monitor della frequenza cardiaca, per i medici quando e dove ne hanno bisogno per garantire la sicurezza e la salute dei pazienti.

L'impatto di Intel sui sistemi in tempo reale

Per supportare nuove soluzioni che richiedono un elevato grado di requisiti in tempo reale, Intel ha introdotto la tecnologia di prestazioni in tempo reale, Intel® Time Coordinated Computing (Intel® TCC) nella sua linea di prodotti e continua a espandere il suo supporto per Time-Sensitive Networking (TSN).

Intel® Time Coordinated Computing (Intel® TCC) è una nuova serie di funzionalità che aumentano le prestazioni di elaborazione dei processori Intel® per soddisfare i rigidi vincoli di tempo richiesti per le applicazioni in tempo reale hard. Intel® TCC rende i processori adatti per applicazioni sensibili alla latenza, garantendo al contempo un'efficienza energetica generale e consentendo prestazioni sufficienti per altre attività congiunte. Intel® TCC aiuta a garantire che ogni elemento in un carico di lavoro operi in modo affidabile e prevedibile all'interno del lasso di tempo richiesto.

Time-Sensitive Networking (TSN) fa riferimento a una raccolta di standard, specifiche e funzionalità IEEE basate su reti Ethernet standard per supportare applicazioni sensibili al tempo e una sincronizzazione di precisione del tempo, la tempistica di consegna dei dati e la pianificazione del traffico. TSN può essere utilizzato per ottimizzare le prestazioni tra i sistemi sfruttando un design aperto e basato su standard. Ora Intel supporta un numero di standard TSN come mai prima d'ora, tra cui:

  • IEEE 802.1AS: Generalized Precision Time Protocol
  • IEEE 802.1Qbv: Time-Aware Shaper
  • IEEE 802.1Qav: Credit-Based Shaper
  • IEEE 802.1Qbu: Frame Preemption

Le soluzioni Intel® trasformano i sistemi in tempo reale

La crescente esigenza di soddisfare i rigidi requisiti di tempo non rallenterà a breve. Intel dispone delle tecnologie e delle competenze per aiutare le aziende a prepararsi a questa prossima ondata di elaborazione dei dati con il nuovo Intel® TCC e il supporto ampliato di TSN. Queste soluzioni adottano un nuovo approccio combinato per aiutare a far fronte alle sfide spesso presenti nelle soluzioni in tempo reale emergenti ad alte prestazioni.

Domande ricorrenti

l termine "sistema in tempo reale" fa riferimento ai componenti hardware e software che eseguono funzioni di applicazioni in tempo reale e che sono in grado di reagire a eventi entro limiti di tempo prevedibili e specifici.

I sistemi in tempo reale si suddividono in tempo reale soft e tempo reale hard. La classificazione in tempo reale soft comporta il fatto che il sistema continua a funzionare anche se non è in grado di eseguire le attività entro il lasso di tempo stabilito. Ma soprattutto, se il sistema non rispetta la scadenza, non si verificheranno conseguenze pericolose. La classificazione in tempo reale hard comporta il fatto che il sistema cessa di funzionare in caso di mancato rispetto di una scadenza, il che può comportare conseguenze catastrofiche.

I sistemi in tempo reale sono utilizzati in molti settori, tra cui la produzione, l'assistenza sanitaria, il petrolio, il gas, l'elettricità e l'energia, la logistica, alberghiero e agricolo.

I sistemi in tempo reale sono componenti di tecnologia chiave e, come tali, essi sono utilizzati in una varietà di settori che spaziano dai sistemi di automazione di processo alle attività di magazzino delle linee di assemblaggio, agricoltura e assistenza sanitaria.

I sistemi in tempo reale sono componenti di tecnologia chiave e, come tali, essi sono utilizzati in una varietà di settori che spaziano dai sistemi di automazione di processo alle attività di magazzino delle linee di assemblaggio, agricoltura e assistenza sanitaria.

Informazioni su prodotti e prestazioni

1conferenza stampa IDC, June 2019, “La crescita dei dispositivi IoT connessi dovrebbe generare 79,4 ZB di dati nel 2025, secondo una nuova previsione di IDC”.
2

IDC, novembre 2018, “The Digitization of the World from the Edge to Core” ("La digitalizzazione del mondo dall'edge al nucleo") di David Reinsel, John Gantz, John Rydning.