450-2023/02 – Systémy řízení v reálném čase (SRvRC)

Garantující katedraKatedra kybernetiky a biomedicínského inženýrstvíKredity4
Garant předmětuIng. Jaromír Konečný, Ph.D.Garant verze předmětuIng. Jaromír Konečný, Ph.D.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinně volitelný
Ročník2Semestrletní
Jazyk výukyangličtina
Rok zavedení2015/2016Rok zrušení
Určeno pro fakultyFEIUrčeno pro typy studiabakalářské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
C1E65 doc. RNDr. Jindřich Černohorský, CSc.
KON430 Ing. Jaromír Konečný, Ph.D.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 2+2
kombinovaná Zápočet a zkouška 2+12

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

Definovat typické vlastnosti systémů reálného času. Definovat charakteristické vlastnosti řídicích systémů. Charakterizovat vztah systémů reálného času k systémům řízení technologických procesů. Objasnit typické problémy implementace systémů reálného času a identifikovat jejich příčiny. Aplikovat standardní postupy jejich řešení. Charakterizovat principy analýzy a návrhu a implementace software řídicích systémů. Objasnit roli modelovacího jazyka UML2 a využít jeho základních diagramů k zachycení výsledků analýzy. Objasnit principy konstrukce software pomocí paradigmatu objektově orientovaného programování a demonstrovat je na jednoduchých příkladech. Ve cvičeních zvládnout praktické základy této problematiky, tj. konstruovat jednoduché příklady tohoto typu pomocí programovacího jazyka C#. Aplikovat základní poznatky bezpečné konstrukce řídicích systémů. Charakterizovat principy konstrukce distribuovaných systémů a vyhodnotit na jednoduchých modelových příkladech přínosy jejich použití.

Vyučovací metody

Přednášky
Individuální konzultace
Projekt

Anotace

Návrh a implementace systémů reálného času a se zaměřením na specifické problémy implementace systémů řízení technologických procesů. Základní témata: reálný čas, souběžnost, paralelnost, synchronizace a komunikace souběžných procesů, prostředky programování na úrovni stroje, problematika bezpečnosti, modularizace, použití mechanismů OOP, řízení procesů v kritických RT systémech, úvod do softwarového inženýrství.

Povinná literatura:

Černohorský : Sylaby k předmětu Řídicí systémy s počítači I.

Doporučená literatura:

Systémy řízení v reálném čase: Jindřich Černohorský, Lucie Valová, Jaromír Konečný, Jakub Jirka, Vytvořeno v rámci projektu ESF, CZ.1.07/2.2.00/15.0113, VŠB TUO, Ostrava 2013 C#: programujeme profesionálně. 1. vyd. Brno: Computer Press, 2003, xxx, 1130 s. ISBN 80-251-0085-5. Thilmany, Ch. (2003). A .Net Patterns: Architecture, Design, and Process, Addison-Wesley Professional, USA NAGEL, Christian. Professional c# 5.0 and .net 4.5.1. 1st edition. Indianapolis, IN: Wiley, c2013, pages cm. Programmer to programmer. ISBN 11-188-3303-1. BURNS, Alan a Andrew J WELLINGS. Real-time systems and programming languages: Ada, Real-Time Java and C/Real-Time POSIX. 4th ed. Harlow: Addison-Wesley, 2009, xviii, 602 p. International computer science series. ISBN 9780321417459.

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

Průběžná kontrola studia: Student odevzdá protokol obsahující řešení úloh tvořících semestrální projekt Podmínky udělení zápočtu: maximální počet bodů 40, minimálně potřebný 15

E-learning

Další požadavky na studenta

Žádné další požadavky na studenta nejsou kladeny

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity.

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

Přednášky: • Řídicí systémy, Řízení v reálném čase (RT systémy), klasifikace RT systémů -"Hard", "Soft", vestavné systémy. • Rozhraní pro komunikaci s průmyslovým prostředím, problematika přenosu dat. Centralizované, hierarchické a distribuované systémy. Souběžné procesy a jejich synchronizace. Kontext, přepínaní kontextu. Časová závislost a nezávislost procesů. Přerušení, kontext • Synchronizace procesů. Kritické sekce, zakázané oblasti, Problém výlučného přístupu. Koncept obecného synchronizačního nástroje. Techniky pasivního a aktivního čekání a jejich realizace: maskování přerušení, uzamykání procesu, operace delay. • Semafory, signály a monitory. Synchronizace a komunikace prostřednictvím zasílání zpráv. Přidělování procesoru a plánování procesů. Prioritní strategie, cyklické plánování. Typické synchronizační úlohy Úloha vzájemném vyloučení, Producent-konzument, čtenáři-písaři, souběh. Techniky komunikace prostřednictvím zasílání zpráv, synchronní a asynchronní komunikace. • OOP a jeho principy, data a metody, rozhraní, zapouzdření, dědičnost a polymorfismus. • Řízení viditelnosti identifikátorů, soudržnost a spřaženost, abstraktní třídy, Metody implementace tříd, výjimky • Specifické metody implementace a komunikace objektů • Bezpečnost řídicích systémů. Ošetření chyb v řídicích systémech. Chyba a Porucha. Poruch HW a SW. Ošetření chyb pomocí výjimek, Principy koncepce bezpečnosti. Ukazatelé spolehlivosti systémů. • Úvod do softwarového inženýrství - Analýza - Životní cyklus systému. Návrhové koncepty - souběžné zpracování, zapouzdření, objektové koncepty, stavové diagramy. Analýza požadavků, definice požadavků-specifikace systému, systémová specifikace • Úvod do softwarového inženýrství - Návrh - Techniky návrhu, metoda postupného zjemňování, strukturování toku dat, konstrukce modulů, modularizace, a návrh dat a programových řídících struktur, notace, stavový diagram jako prostředek modelování řídicího algoritmu • Úvod do softwarového inženýrství - Implementace, testování a údržba. Testování a instalace, metody testování: statické, dynamické, metoda black-box a white-box, testovaní zdola nahoru a shora dolů. Plánování testů a testování: příprava objektů pro lokalizaci chyb, výběr testovaných dat a podmínek, organizace podmínek testování, provedení testu a lokalizace chyb. • Základy jazyka UML 2.0, Diagramy pro modelování chování: Diagram případů užití, Diagramy aktivit, Diagramy stavových přechodů, Diagramy tříd • Sběrnice, sítě, distribuované systémy. Sběrnice, logický a fyzický koncept sběrnice. Synchronní a asynchronní sběrnice. Architektura Master-Slave. Přidělování sběrnice. Architektura ISO OSI. Průmyslové sběrnice. • Úvod do databází: Relační tabulky, návrh databáze, klíče, relace. Základy jazyka SQL, tvorba aplikace s databází, využití komponent DataSet, TableAdapter, BindingSouce Počítačové laboratoře: • Úvod do prostředí vývojového nástroje Microsoft Visual Studio C#, základní komponenty, výjimky • Sofistikované komponenty, využití některých komponent pro řízení • Práce s grafikou, dialogy Windows • Objektové programování, třída, objekt, konstruktor, destruktor, víceparametrové předávání proměnných v rozhraní metod • Dědičnost, polymorfismus, interface, abstraktní třída, výjimky, události • Vlákna ve Windows - úvod do použití vláken, spouštění vláken, paměť vláken, jméno, Thread.Sleep, • Vlákna ve Windows - priorita vlákna, stav vlákna • Vlákna ve Windows - synchronizace vláken, monitor, Lock • Vlákna ve Windows - implementace vláken do aplikací, typické případy v řídicích systémech • Objektové přístupy při návrhu architektury aplikací, vývojové diagramy, petriho sítě, UML 2.0 • Jazyk UML v řídicích systémech • Práce se sériovou linkou, USB, Bluetooth • Aplikace s databází

Podmínky absolvování předmětu

Prezenční forma (platnost od: 2015/2016 zimní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 40  15
        Zkouška Zkouška 60  10
Rozsah povinné účasti: - povinná účast na cvičeních, jsou akceptovány 2 omluvy - v případě pochybností o úrovni vědomostí je přihlíženo na účasti na přednáškách - odevzdání projektu

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.FormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2019/2020 (B2649) Elektrotechnika (2612R041) Řídicí a informační systémy P angličtina Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2019/2020 (B2649) Elektrotechnika (2612R041) Řídicí a informační systémy K angličtina Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2018/2019 (B2649) Elektrotechnika (2612R041) Řídicí a informační systémy P angličtina Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2018/2019 (B2649) Elektrotechnika (2612R041) Řídicí a informační systémy K angličtina Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2017/2018 (B2649) Elektrotechnika (2612R041) Řídicí a informační systémy P angličtina Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2017/2018 (B2649) Elektrotechnika (2612R041) Řídicí a informační systémy K angličtina Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2016/2017 (B2649) Elektrotechnika (2612R041) Řídicí a informační systémy P angličtina Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2016/2017 (B2649) Elektrotechnika (2612R041) Řídicí a informační systémy K angličtina Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2015/2016 (B2649) Elektrotechnika (2612R041) Řídicí a informační systémy P angličtina Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2015/2016 (B2649) Elektrotechnika (2612R041) Řídicí a informační systémy K angličtina Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku