450-2023/02 – Systémy řízení v reálném čase (SRvRC)
| Garantující katedra | Katedra kybernetiky a biomedicínského inženýrství | Kredity | 4 |
| Garant předmětu | doc. Ing. Jaromír Konečný, Ph.D. | Garant verze předmětu | doc. Ing. Jaromír Konečný, Ph.D. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinně volitelný |
| Ročník | 2 | Semestr | letní |
| | Jazyk výuky | angličtina |
| Rok zavedení | 2015/2016 | Rok zrušení | 2020/2021 |
| Určeno pro fakulty | FEI | Určeno pro typy studia | bakalářské |
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:
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
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.