455-0505/01 – Systémy řízení v reálném čase (SRvRC)

Garantující katedraKatedra měřicí a řídicí technikyKredity6
Garant předmětudoc. RNDr. Jindřich Černohorský, CSc.Garant verze předmětudoc. RNDr. Jindřich Černohorský, CSc.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinný
Ročník3Semestrzimní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2003/2004Rok zrušení2003/2004
Určeno pro fakultyFEIUrčeno pro typy studiabakalářské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
C1E65 doc. RNDr. Jindřich Černohorský, CSc.
KRE15 doc. Ing. Ondřej Krejcar, Ph.D.
WIS005 Ing. Tomáš Wiszczor
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 3+3
kombinovaná Zápočet a zkouška 3+3

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
Cvičení (v učebně)
Projekt

Anotace

Návrh a implementace systémů reálného času a se zaměřením na specifické práoblémy 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:

Bennet S. : Real-Time Computer Control, Prentice Hall 1988 Schiper A.: Concurrent Programming, North Oxford Academic, 1989 Buttazo, G. : Hard Real Time Computing Systems, Kluwre Academic Publishers, 1997

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: Student odevzdá protokoly řešení tří úloh využívajících portů počítače ( hodnoceno po 5 bodech ) a řešení zadané programové úlohy s využitím paralelních 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: Řídicí systémy, Řízení v reálném čase (RT systémy), klasifikace RT systémů -"Hard", "Soft", vestavné systémy. Požadavky na technické vybavení RT-systémů. Rozhraní pro komunikaci s průmyslovým prostředím, problematika přenosu dat. Centralizované, hierarchické a distribuované systémy. Základní pojmy počítačového řízení, sekvenční řízení, DDC řízení, monitorování, interaktivní prvky řídících systémů (komunikace stroj-člověk ) 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 dr. ing.B. Horák ) Objektově orientované vlastnosti jazyka Top Speed Modula a jejich použití.Zapouzdření, dědičnost, polymorfismus. Virtuální a statické metody. Kompatibilita ( Liskovův substituční princip ). Souběžné procesy a jejich synchronizace. Výpočetní proces: sekvenční proces, paralelní proces, virtu-ální procesor. Kontext, přepínaní kontextu. Časová závislost a nezávislost procesů, Bernsteinovy podmínky. Synchronizace procesů. Kritické sekce, zakázané oblasti, postupová cesta. 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. Realizace souběžnosti v programovacím jazyku Modula-2/1 Pseudoparalelismus v Module-2.Realizace Pseudoparalelismu v Module-2. Modul Process. Přidělování procesoru a plánování procesů, prioritní strategie, cyklické plánování. Stárnutí procesů.Quasiparalelismus v Module-2.Modul SYSTEM. Realizace korutin a zpracování přerušení. Procedury TRANSFER a IOTRANSFER. Realizace souběžnosti v programovacím jazyku Modula-2/2 Ouasi-paralelismus a přerušení, přerušovací systém.Petriho sítě. Základní pojmy teorie, typy Petriho sítí , oblasti použití . Modelování typických synchronizačních úloh pomocí Petriho sítí. Úloha o vzájemném vyloučení, Producent-konzument, čtenáři-písaři, souběh. Techniky komunikace prostřednictvím zasílání zpráv, synchronní a asynchronní komunikace. 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 (Java ). Systémy řízení v reálném čase Operační systémy , Struktura a funkce operačního systému. Typy operačních systémů. Kernel ( jádro OS ), řídící systémy využívající pouze kernel, Operační systémy pro řízení RT aplikací. Práce s pamětí. Přidělování a rozvrhování paměti. Systém ovládání souborů. Systém řízení periferií. Příklady operačních systémů pro řízení RT aplikací, Význačné charakteristiky OS NT Windows Kritické RT-systémy. Omezení současných RT- systémů, Požadavky na vlastnosti RT- systémů, Základní pojmy : Časová omezení, Precedenční omezení, Omezení daná zdroji.Definice rozvrhovacích algoritmů, Klasifikace rozvrhovacích algoritmů,Garantované algoritmy,Algoritmy best-effort, Algoritmy založené na nepřesných výpočtech Plánování úloh v kritických RT systémech Plánování aperiodických úloh: Jacksonův algoritmus,Hornův algoritmus,Nepreemptivní plánování, Plánování úloh s precedenčními omezeními, Algoritmus EDF"Poslední časová uzávěra první", EDF s precedenčními omezeními.Plánování periodických úloh: Faktor využití procesoru, Frekvenčně monotónní plánování ( RMS - Rate monotonic scheduling ), Algoritmus "Dřívější časová uzávěra první", Monotónní časová uzávěra Sběrnice, sítě, distribuované systémy . Sběrnice, logický a fyzický koncept sběrnice. Synchronní a asynchronní sběrnice. Architektura Master-Slave. Přidělování sběrnice.Architektura ISO OSI. Průmyslové sběrnice - Fieldbus, Profibus, CAN, FIP, sběrnice typu ASI Softwarové inženýrství/1- Analýza Životní cyklus systému, spirální model, vodopádový model . Návrhové koncepty - souběžné zpracování, zapouzdření, objektové koncepty, stavové diagramy. Analýza požadavků, definice požadavků-specifikace systému, systémová specifikace Softwarové inženýrství/2 - Návrh Techniky návrhu, metoda postupného zjemňování, strukturování toku dat, konstrukce modulů, modularizace a výběr dat a programových řídících struktur, notace, verifikace Návrhové techniky pro RT systémy, Metody Ward-Mellora, Mascot, DARTS Softwarové inženýrství/3 - Implementace, testování a údržba Výběr jazyka implementace, programovací styl, příprava testování, přenositelnost. 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. Typické chyby. Laboratoře: Seriový port: přímé digitální vstupy, přímé digitální výstupy, jednoduché A/D převodníky, měření frekvence, seriový přenos dat Paralelní port: paralelní výstup dat, rozšíření portu na 32 bitů, sběrnice PC 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, seriový 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: Strukturování úloh na moduly. Způsoby práce s dynamickými proměnnými pomocí procedur NEW a DISPOSE a explicitně pomocí ALLOCATE a DEALLOCATE. Srovnání obou způsobů. Řešení úloh na úrovni low-level. Instruktáž k řešení úloh na použití portů OOP, Použití dědičnosti. OOP, Použití polymorfismu. Implementace úloh založená na pseudoparalelismu. Modul Process. Implementace úloh založená na quasiparalelismu. Modul SYSTEM. Implementace obsluhy přerušení - IOTRANSFER. Modul SYSTEM. Způsob ošetření FP výjimek modulem FloatExc a ošetření výjimek v knihovně MATHLIB. Řešení semestrálního projektu Řešení semestrálního projektu CASE SELECT YOURDON - seznámení s s návrhovým prostředím Tvorba DFD schémat Schémata stavových přechodů Dokumentace a údržba software. Uživatelská dokumentace, systémová dokumentace, projektová dokumentace. Proces údržby. Řízení projektu: Plánování, organizace, Technické řízení, ekonomické řízení. Odhad ceny projektu. Organizace vývojového týmu.

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 (145) 51
        Zkouška Zkouška 100  0
        Zápočet Zápočet 45  0
Rozsah povinné účasti:

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2003/2004 (B2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612R041) Řídicí a informační systémy P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2003/2004 (N2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612T041) Řídící a informační systémy P čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2003/2004 (B2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612R041) Řídicí a informační systémy K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2003/2004 (N2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612T041) Řídící a informační systémy K čeština Ostrava 1 povinný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku