455-0044/01 – Řídící systémy s počítači I. (RSP1)

Garantující katedraKatedra měřicí a řídicí technikyKredity8
Garant předmětudoc. RNDr. Jindřich Černohorský, CSc.Garant verze předmětudoc. RNDr. Jindřich Černohorský, CSc.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinně volitelný
RočníkSemestrzimní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení1992/1993Rok zrušení2008/2009
Určeno pro fakultyFEIUrčeno pro typy studiamagisterské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
C1E65 doc. RNDr. Jindřich Černohorský, CSc.
HAN165 Ing. Tomáš Hanák
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 4+2

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

Cílem předmětu je seznámit studenty s obecnými teoretickými paradigmaty, modely a vzory aplikovanými při implementaci programového vybavení řídicích systémů, zejména s ohledem na jejich charakter systémů reálného času a prakticky procvičit pro řídicí systémy typické a často se opakující základní návrhové a implementační postupy, zejména strukturování a implementace řešení formou souběžných procesů a základní principy použití objektově orientovaného programování. Osvojení použití procesů (vláken) při programování řídicích aplikací, rozšíření vědomostí z programování o základy OOP, základní seznámení s problematikou programování řídicích aplikací pokud jde o úroveň stroje, osvojení zásad bezpečného programování a programování RT-kritických aplikací. Osvojení použití procesů (vláken) při programování řídicích aplikací, rozšíření vědomostí z programování o základy OOP, základní seznámení s problematikou programování řídicích aplikací pokud jde o úroveň stroje, osvojení zásad bezpečného programování a programování RT-kritických aplikací.

Vyučovací metody

Anotace

Cílem předmětu je seznámit studenty s obecnými teoretickými paradigmaty, modely a vzory aplikovanými při implementaci programového vybavení řídicích systémů, zejména s ohledem na jejich charakter systémů reálného času a prakticky procvičit pro řídicí systémy typické a často se opakující základní návrhové a implementační postupy, zejména strukturování a implementace řešení formou souběžných procesů a základní principy použití objektově orientovaného programování. Osvojení použití procesů (vláken) při programování řídicích aplikací, rozšíření vědomostí z programování o základy OOP, základní seznámení s problematikou programování řídicích aplikací pokud jde o úroveň stroje, osvojení zásad bezpečného programování a programování RT-kritických aplikací. Předmět je zaměřen na problematiku implementace programového vybavení pro řídicí systémy. Jako programovací jazyk je používána implementace TopSpeed Modula-2, jehož základní znalost se předpokládá v rozsahu předmětu Programování v jazyku Modula_2, vyučovaného v I. etapě studia, případně dobrá znalost jazyka Pascal (zejména záznamů, včetně variantních, ukazatelů -dynamických proměnných, procedurálních typů a znalosti techniky zapouzdřování pomocí modulů typu Unit). V rámci předmětu se student seznámí s obecnými principy, technikami a komunikačními prvky používanými při implementaci řídicích systémů a dále si rozšíří znalosti jazyka Modula-2 potřebné pro programování úloh řízení.

Povinná literatura:

Bennet S. : Real-Time Computer Control, Prentice Hall 1988 Schiper A.: Concurrent Programming, North Oxford Academic, 1989 Young S. : Programovací jazyky pro RT-aplikace, SNTL Praha,1984 Burns, A.-Wellings, A.: Real-Time Systems and their Programming Lanquages, Adison Wesley, 1994 Buttazo, G. : Hard Real Time Computing Systems, Kluwre Academic Publishers, 1997 Černohorský,J.: Sylaby k předmětu Řídicí systémy s počítači I. (Vzhledem k relativní nedostupnosti uvedené literatury jsou k dispozici texty sylabů na katedrálním serveru na F414)

Doporučená literatura:

Černohorský : Sylaby k předmětu Řídicí systémy s počítači I.

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

Průběžná kontrola studia: Průběžné zpracování protokolů řešení tří úloh využívajících portů počítače a řešení zadané programové úlohy s využitím paralelních procesů. Konzultace ve cvičeních. Podmínky udělení zápočtu: Podmínky udělení zápočtu : Student odevzdá protokoly řešení tří úloh využívajících portů počítače (hodnoceno po 5 bodech) a řešení zadané programové úlohy s využitím paraleních procesů (10 bodů), celkem maximálně 25 bodů.

E-learning

Další požadavky na studenta

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity.

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

Přednášky: Systémy řízení v reálném čase (RT), klasifikace RT systémů a programů. Požadavky na technické vybavení RT-systémů. Rozhraní pro komunikaci s průmyslovým prostředím, problematika přenosu dat. Centralizované, hierarchické a distribuované systémy. Přerušení a přerušovací systém-1. Zásobník-1. RT jazyky, základní vlastnosti a požadavky. -Výpočetní proces: sekvenční proces, paralelní proces, virtuální procesor. Kontext, přepínaní kontextu. Časová závislost a nezávislost procesů, Bernsteinovy podmínky. Synchronizace procesů. Kritické sekce, zakázané oblasti, postupová cesta. Problém výlučného přístupu. Synchronizační prostředky a operace. Koncept obecného synchronizačního nástroje. Techniky pasivního a aktivního čekání a jejich realizace: maskování přerušení, uzamykání procesu, operace delay. Semafory, signály a monitory. Zasílání zpráv. - Realizace Pseudoparalelismu v Module-2. Modul Process. Přidělování procesoru a plánování procesů, prioritní strategie, cyklické plánování. Stárnutí procesů. Realizace Quasiparalelismu v Module-2. Modul SYSTEM. Realizace korutin a zpracování přerušení. Procedury TRANSFER a IOTRANSFER. Ouasiparalelismus a přerušení, přerušovací systém_2. Petriho sítě. Typické synchronizační úlohy. Specifikace synchronizačních úloh pomocí Petriho sítí. Úloha o vzájemném vyloučení, producent-konzument, čtenáři-písaři, souběh. Techniky komunikace prostřednictvím zasílání zpráv, synchronní a asynchronní komunikace. Prostředky programování na úrovni stroje. Množinové typy, BITSET. Prostředky programování na úrovni stroje.WORD, BYTE, LONGWORD, ADDRESS, ADR,In,Out,InW,OutW. Měření a řízení pomocí standardních portů PC. Sériový port, paralelní port, game port. (přednáší ing.B. Horák) Bezpečnost řídicích systémů. Ošetření chyb v řídicích systémech.Chyba a Porucha. Poruch HW a SW. Principy koncepce bezpečnosti. Ukazatelé spolehlivosti systémů. Principy zálohování. Majoritní systémy. Softwarová bezpečnost. Bezpečné programování. Klasické způsoby ošetření SW chyb. Strukturované a nestrukturované způsoby ošetření. Výjimky a ošetření výjimek. Ošetření výjimek v programovacím jazyce Modula. Modul FloatExc. Výjimky v jiných programovacích jazycích ( ADA, Java ). Příklady ošetření chyb. Objektově orientované vlastnosti jazyka Top Speed Modula a využití OOP pro implemetaci řídicích algoritmů. Zapouzdření, dědičnost, polymorfismus. Virtuální a statické metody. Operátor IS a strážní operátor "::" Kompatibilita.Základní principy návrhu systémů využívající OOP. Konstrukce založené na dědičnosti a kompozici. Historie řízení počítačem, prvky počítačového řídícího systému, charakteristika systémů řízení v reálném čase, klasifikace RT systémů, klasifikace řídících programů, problematika RT systémů obecně. Základní pojmy počítačového řízení,sekvenční řízení, DDC řízení, monitorování, interaktivní prvky řídících systémů ( komunikace stroj-člověk ), centralizované, hierarchické a distribuované systémy. - Požadavky na technické vybavení RT-systémů. CPU, paměť, periferie, sběrnice. Rozhraní pro komunikaci s průmyslovým prostředím, problematika přenosu dat. Přerušení a přerušovací systém. Sběrnice, sítě, distribuované systémy.Sběrnice, logický a fyzický koncept sběrnice. Synchronní a asynchronní sběrnice. Architektura Master-Slave. Přidělování sběrnice. Architekrura ISO OSI. Průmyslové sběrnice - Fieldbus, Profibus, CAN, FIP, sběrnice typu ASI. Operační systémy 1. Struktura a funkce operačního systému. Typy operačních systémů. Operační systémy 2. Víceúlohové operační systémy. Task, deskriptor tasku,organizace a stavy tasků v prostředí OS. Typické plánovací strategie,preemptivní plánování. Operační systémy 3. Víceúlohové operační systémy. Task, deskriptor tasku, organizace a stavy tasků v prostředí OS. Operační systémy 5. Práce s pamětí. Přidělování a rozvrhování paměti. Operační systémy 7. Systém ovládání souborů. Operační systémy 8. Systém řízení periferií. Paralelní architektury, transputery. - OCCAM. Laboratoře: C6. Řešení 1.úlohy -se sériovým portem. Sériový port: přímé digitální vstupy, přímé digitální výstupy, jednoduché A/D převodníky, měření frekvence, sériový přenos dat C7. Řešení 2. úlohy- s paralelním portem Paralelní port: paralelní výstup dat, rozšíření portu na 32 bitů, sběrnice PC C8. Řešení 3. úlohy - s game portem Game port : měření napětí, hlídání mezních hodnot spínací výstup, čítače Projekty: Projekty - student odevzdává z každé skupiny úloh jednu zpracovanou úlohu Seriové porty: přímé digitální vstupy, přímé digitální výstupy, jednoduché A/D převodníky, měření frekvence, sériový přenos dat Paralelní porty: paralelní výstup dat, rozšíření portu na 32 bitů, sběrnice PC Game porty : měření napětí, hlídání mezních hodnot spínací výstup, čítače Úloha využívající rozkladu na souběžné procesy pracující v pseudopúaralelním nebo quasiparalelním režimu Počítačové laboratoře: C1. Práce s prostředím TopSpeed. VID. C2. Strukturování úloh na moduly. Způsoby práce s dynamickými proměnnými pomocí procedur NEW a DISPOSE a explicitně pomocí ALLOCATE a DEALLOCATE. Srovnání obou způsobů. C3. Implementace úloh zložená na pseudopralelismu.Modul Process. C4. Implementace úloh zložená na quasipralelismu. Modul SYSTEM. C5. Implementace obsluhy přerušení - IOTRANSFER. Modul SYSTEM. C9. Způsob ošetření FP výjimek modulem FloatExc a ošetření výjimek v knihovně MATHLIB. C10. OOP, Použití dědičnosti. C11. OOP, Použití dědičnosti. C12. Zpracování semestrální úlohy. C13. Zpracování semestrální úlohy. C14. Zpracování semestrální úlohy.

Podmínky absolvování předmětu

Prezenční forma (platnost od: 1960/1961 letní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 25 (25) 0
                Laboratorní práce Laboratorní práce 25  0
        Zkouška Zkouška 75 (75) 0
                Písemná zkouška Písemná zkouška 25  0
                Ústní zkouška Ústní zkouška 50  0
Rozsah povinné účasti:

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.FormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2007/2008 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2612T018) Elektronika a sdělovací technika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2007/2008 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2642T004) Elektrické stroje, přístroje a pohony (10) Elektrické stroje a přístroje P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2007/2008 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2642T004) Elektrické stroje, přístroje a pohony (20) Elektrické pohony a výkonová elektronika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2007/2008 (M2612) Elektrotechnika a informatika (3902T023) Inženýrská informatika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2006/2007 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2601T004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2006/2007 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2601T004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2006/2007 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2612T018) Elektronika a sdělovací technika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2006/2007 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2642T004) Elektrické stroje, přístroje a pohony (10) Elektrické stroje a přístroje P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2006/2007 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2642T004) Elektrické stroje, přístroje a pohony (20) Elektrické pohony a výkonová elektronika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2006/2007 (M2612) Elektrotechnika a informatika (3902T023) Inženýrská informatika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2006/2007 (M2612) Elektrotechnika a informatika (3907T001) Elektroenergetika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2005/2006 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2601T004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2005/2006 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2601T004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2005/2006 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2612T018) Elektronika a sdělovací technika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2005/2006 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2642T004) Elektrické stroje, přístroje a pohony (10) Elektrické stroje a přístroje P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2005/2006 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2642T004) Elektrické stroje, přístroje a pohony (20) Elektrické pohony a výkonová elektronika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2005/2006 (M2612) Elektrotechnika a informatika (3902T023) Inženýrská informatika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2005/2006 (M2612) Elektrotechnika a informatika (3907T001) Elektroenergetika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2004/2005 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2601T004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2004/2005 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2601T004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2004/2005 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2612T018) Elektronika a sdělovací technika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2004/2005 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2642T004) Elektrické stroje, přístroje a pohony (10) Elektrické stroje a přístroje P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2004/2005 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2642T004) Elektrické stroje, přístroje a pohony (20) Elektrické pohony a výkonová elektronika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2004/2005 (M2612) Elektrotechnika a informatika (3902T023) Inženýrská informatika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2004/2005 (M2612) Elektrotechnika a informatika (3907T001) Elektroenergetika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2003/2004 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2601T004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2003/2004 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2601T004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2003/2004 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2612T018) Elektronika a sdělovací technika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2003/2004 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2642T004) Elektrické stroje, přístroje a pohony (10) Elektrické stroje a přístroje P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2003/2004 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2642T004) Elektrické stroje, přístroje a pohony (20) Elektrické pohony a výkonová elektronika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2003/2004 (M2612) Elektrotechnika a informatika (3902T023) Inženýrská informatika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2003/2004 (M2612) Elektrotechnika a informatika (3907T001) Elektroenergetika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2002/2003 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2601T004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2002/2003 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2612T018) Elektronika a sdělovací technika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2002/2003 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2642T004) Elektrické stroje, přístroje a pohony (10) Elektrické stroje a přístroje P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2002/2003 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2642T004) Elektrické stroje, přístroje a pohony (20) Elektrické pohony a výkonová elektronika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2002/2003 (M2612) Elektrotechnika a informatika (3902T023) Inženýrská informatika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2002/2003 (M2612) Elektrotechnika a informatika (3907T001) Elektroenergetika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2002/2003 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2601T004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2001/2002 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2601T004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2001/2002 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2612T018) Elektronika a sdělovací technika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2001/2002 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2642T004) Elektrické stroje, přístroje a pohony (10) Elektrické stroje a přístroje P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2001/2002 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2642T004) Elektrické stroje, přístroje a pohony (20) Elektrické pohony a výkonová elektronika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2001/2002 (M2612) Elektrotechnika a informatika (3902T023) Inženýrská informatika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2001/2002 (M2612) Elektrotechnika a informatika (3907T001) Elektroenergetika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2001/2002 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2601T004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2000/2001 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2601T004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2000/2001 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2601T004) Měřicí a řídicí technika (10) Měřící a řídící technika P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2000/2001 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2601T004) Měřicí a řídicí technika (20) Řídící a informační systémy P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2000/2001 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2601T004) Měřicí a řídicí technika (30) Měřící a řídící technika v biomedicíně P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2000/2001 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2601T004) Měřicí a řídicí technika (40) Automatizované systémy řízení P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku