In der Welt der Technik wird oft von der sogenannten Echtzeitfähigkeit gesprochen. Echtzeitverarbeitung ist in vielen Bereichen – von Computertechnik über Automatisierung bis hin zu Feldbussystemen und Mobiltelefonie – unverzichtbar. Doch was genau bedeutet Echtzeitfähigkeit in diesem Kontext, und warum ist sie so wichtig?
Echtzeitfähigkeit bezieht sich auf Systeme, die auf externe Ereignisse oder Daten in einer festgelegten, vorhersehbaren Zeit reagieren. Die Reaktionszeit ist dabei so kurz, dass das System auf die Ereignisse quasi "sofort" reagiert.
Hierbei wird zwischen drei Arten von Echtzeit unterschieden, die es je nach Anforderung der Anwendung umzusetzen gilt:
Die harte Echtzeit
Bei dieser müssen strikte Zeitbedingungen eingehalten werden. Jede Überschreitung der Zeitgrenze kann zu kritischen Fehlfunktionen führen. Ein gutes Beispiel hierfür ist das Antiblockiersystem (ABS) in Autos. Wenn Sie auf die Bremse treten, muss das ABS sofort reagieren, um ein Blockieren der Räder zu verhindern. Jede Verzögerung, selbst im Millisekunden-Bereich, könnte ernsthafte Folgen haben, wie z. B. einen Unfall. In solchen Systemen wird jede Verzögerung über die festgelegte Zeitgrenze hinaus als Fehlfunktion betrachtet.
Die weiche Echtzeit
Hier geht es um Systeme, bei denen gelegentliche Verzögerungen akzeptabel sind, solange die Leistung im Durchschnitt gut bleibt. Ein Beispiel ist das Streamen von Videos. Wenn das Video meistens flüssig läuft, aber gelegentlich kurz puffert, ist das in Ordnung. Die Benutzererfahrung wird nicht wesentlich beeinträchtigt. Weiche Echtzeitsysteme sind also flexibler, da sie kleine Verzögerungen tolerieren, solange die Gesamtleistung innerhalb eines akzeptablen Bereichs bleibt.
Die feste Echtzeit
Feste Echtzeit ist weniger streng als harte Echtzeit. Obwohl Zeitvorgaben wichtig sind, führt das Überschreiten der Fristen nicht unbedingt zu schwerwiegenden Folgen. In solchen Systemen ist das Ergebnis oder eine Nachricht nach Ablauf der festgelegten Zeit irrelevant oder nutzlos.
Vom Sekunden- bis in den Millisekunden-Bereich
Echtzeitanforderungen in der Technik variieren stark abhängig von der Anwendung, wobei die Zeitvorgaben von Sekunden bis hinunter in den Millisekunden-Bereich reichen. In der Logistik, beispielsweise in automatisierten Warenlagern, können Roboter und Fördersysteme auf Basis von Sekunden getaktet sein. Die rechtzeitige Bewegung von Waren von einem Punkt zum anderen ist wichtig, aber Verzögerungen von einigen Sekunden sind in der Regel tolerierbar.
Bei einem Fahrzeugaufprall hingegen müssen anhand der Daten von Beschleunigungssensoren die
Airbags schnellstmöglich ausgelöst werden, unter Berücksichtigung der Aufprallstärke und -position. Diese Entscheidung erfolgen innerhalb von 20-30 Millisekunden, um effektiven Schutz zu gewährleisten. Verzögerungen könnten die Sicherheit der Insassen massiv gefährden.
Im Bereich der industriellen Vernetzung von Geräten kommen häufig moderne Industrial Ethernet Netzwerke zum Einsatz. Auch hier ist oftmals die Rede von einer Echtzeitfähigkeit der Netzwerke. Ein Beispiel hierfür ist EtherCAT, bei dessen Entwicklung ein besonderes Augenmerk auf kurze Zykluszeiten (≤ 100 µs) und einen geringen Jitter gelegt wurde. Bei der Konzeption eines echtzeitfähigen Gesamtsystems sind alle Teilkomponenten entscheidend, von der Vernetzung von Sensoren und Aktoren und der Datenübertragung bis hin zu Datenverarbeitung.
Zusammenfassend kann man somit sagen, dass die Echtzeitverarbeitung ein zentraler Aspekt in vielen technischen Bereichen, von der Automatisierungstechnik über die Computertechnik bis zur Mobiltelefonie ist. Sie bezieht sich auf die Fähigkeit von Systemen, schnell auf externe Ereignisse zu reagieren. Je nach Anforderung der Anwendung wird zwischen harte Echtzeit, bei der strikte Zeitbedingungen eingehalten werden müssen (wie beim ABS in Autos), weiche Echtzeit, die gelegentliche Verzögerungen toleriert (wie beim Videostreaming), und feste Echtzeit, die weniger strenge Zeitvorgaben hat unterschieden. Die Zeitanforderungen variieren je nach Anwendung erheblich, von Sekunden bis hin zu Millisekunden oder darüber hinaus.