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École de technologie supérieure Département de génie électrique Session Professeur Date Durée : : : : Hiver 2002 Jean-Marc Beaulieu Le 5 février 2002 1 heure 30 minutes ELE-542-01 Système ordiné en temps réel Examen mi-session toute documentation permise • calculatrice autorisée répondre à toutes les questions • remettre ce questionnaire avec votre cahier d’examen Nom de l'étudiant(e) : Code permanent : Signature : Question 1 (16 points) Concepts de base Vous êtes responsable de concevoir un système qui doit gérer les signaux d’urgence provenant de 3 capteurs de température. Dès que le processeur reçoit un signal d’un des capteurs, il doit identifier ce capteur et entreprendre le plus rapidement possible l’exécution d’un sousprogramme d’urgence. Un concept est proposé et vous devez l’analyser. Les principales caractéristiques du concept proposé sont : • L’architecture matérielle est illustrée dans le schéma ci-dessous. • L’IRQ0 est utilisée par le processeur pour recevoir le signal, par interruption. • L’identification du capteur est réalisée en interrogeant le registre d’état de chaque capteur à tour de rôle. • On suppose que IRQ0 est la plus prioritaire. • On suppose qu’un seul capteur envoie un signal à la fois (pas de chevauchement des interruptions). a) Identifiez la principale faiblesse de ce concept au niveau du temps de réponse à un événement. Justifier votre réponse [ou pourquoi est-ce une faiblesse?] (5 lignes maximum) b) En conservant la même architecture matérielle que la figure ci-dessous, pouvez vous proposer et justifier une méthode logicielle plus performante pour identifier le capteur qui requiert l’attention du processeur ? Si oui, laquelle ? (5 lignes maximum) IRQ7 Capteur 1 Capteur 2 Capteur 3 état état état CPU IRQ0 Bus d’adresse et de données ELE-542 Systèmes ordinés en temps réel page 2 de 5 Question 2 (40 points) Réponse aux évènements Dans un système d’acquisition avec interruptions, la fonction d’interruption est appelée de façon cyclique à toutes les 200 microsecondes pour lancer une nouvelle acquisition. Les spécifications et les délais temporels du système sont spécifiés dans le tableau suivant : - 4 cycles par instruction (pour toutes les instructions assembleur) Horloge du processeur : 10.498 MHz Sauvegarde du contexte : 22 cycles Récupération du contexte : 24 cycles Obtention du numéro de vecteur et du pointeur à la sous-routine d’IRQ : 17 cycles Latence de l’interruption négligeable Un programme d’arrière-plan nécessite, à chaque acquisition, 40% du temps du processeur pour le transfert de chaque échantillon vers le système d’affichage (par exemple, pour le transfert du MC68332 vers le PC). a) Quel est le nombre maximal d’instructions assembleur que peut contenir cette fonction d’interruption pour ne pas perdre d’échantillon? (considérer le pire cas) b) Après une analyse de votre fonction de traitement des interruptions, vous avez déterminé que cette fonction exécute un maximum de 484 instructions assembleur. Dans ce cas, quelle est la fréquence d’échantillonnage maximale si on ne veut pas manquer d’interruptions? Note : Nous avons toujours le programme d’arrière-plan qui prend 40% du temps du processeur. ELE-542 Systèmes ordinés en temps réel page 3 de 5 Question 3 (24 points) Les aspects matériels – Vrai ou faux Instructions : • Indiquez si chacun des énoncés suivants est vrai ou faux. • Lire attentivement les questions. • Si vous répondez « faux », justifiez votre réponse, c’est-à-dire indiquez quelle partie de l’énoncé est erronée. (5 lignes maximum) a) Les entrés/sorties pilotées par interruptions offrent l’avantage d’améliorer le facteur d’utilisation du processeur. b) Le temps d’accès aux instructions est un facteur important pour la performance d’un processeur. c) Le registre IRR (Registre de requêtes d’interruptions) contient un bit actif (égale à 1) pour chaque niveau d’interruption que le processeur à commencer à traiter. d) Dans une architecture à pipeline, les branchements constituent une difficulté parce qu’il faut vider tous les différents niveaux du pipeline avant de continuer. e) Le processeur a toujours la priorité pour obtenir accès au bus de communication (bus de données et bus d’adresse) même lorsque le système possède un contrôleur d’accès direct en mémoire (DMA). f) La méthode de traitement des interruptions par interrogation consiste à interroger le registre d'état de chaque périphérique pour obtenir le vecteur d’interruption. Ce vecteur permet ensuite d’identifier la fonction d’interruption à exécuter. g) Les mémoires DRAM sont dites « dynamiques » parce qu’elles répondent très rapidement aux requêtes du processeur. h) Dans le micro-contrôleur Motorola MC68332, il faut exécuter une macro-instruction spéciale pour accéder aux registres des différents modules spécialisés. ELE-542 Systèmes ordinés en temps réel page 4 de 5 Question 4 ( 20 points) Comme dans votre laboratoire, nous avons un système d’acquisition (ordinateur PC) qui reçoit les échantillons sur le port série et qui affiche à l’écran le signal reçu dans le domaine temporel et fréquentiel : • Les échantillons sont reçus sur le port série à une fréquence constante qui est égale à la fréquence d’échantillonnage. • Chaque échantillon reçu par l’ordinateur PC requiert immédiatement 180 microsecondes pour sa réception, son enregistrement dans le tampon et son affichage temporel. • À tous les 256 échantillons reçus, l’ordinateur entreprend une transformée de Fourrier discrète qui prend 8160 microsecondes, et l’affichage des résultats sous forme de spectre de fréquence prend 800 microsecondes. • On assume que l’ordinateur PC est dédié exclusivement à cette tâche (réception, affichage temporel, transformée de Fourrier, affichage fréquentiel). • On assume aussi que le port de communication série fonctionne à une vitesse suffisante pour transmettre tous les échantillons. De plus, un tampon circulaire est disponible pour enregistrer les données de façon temporaire durant les opérations de l’ordinateur PC. En considérant les spécifications ci-dessus, quelle est la fréquence d’échantillonnage maximale, en échantillon/sec, que peut supporter l’ordinateur PC pour éviter de perdre des échantillons ? ELE-542 Systèmes ordinés en temps réel page 5 de 5
