455-0505/02 – Systémy řízení v reálném čase (SRvRC)

Garantující katedraKatedra měřicí a řídicí technikyKredity5
Garant předmětudoc. RNDr. Jindřich Černohorský, CSc.Garant verze předmětudoc. RNDr. Jindřich Černohorský, CSc.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinný
Ročník3Semestrzimní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2004/2005Rok zrušení2009/2010
Určeno pro fakultyFEIUrčeno pro typy studiabakalářské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
C1E65 doc. RNDr. Jindřich Černohorský, CSc.
JAN798 Ing. Dalibor Janckulík
KRE15 doc. Ing. Ondřej Krejcar, Ph.D.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 2+3
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
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

Konzultace ve cvičeních Student odevzdá protokol obsahující řešení úloh tvořících semestrální projekt,maximální počet bodů 40, minimálně potřebný 15.

E-learning

Další požadavky na studenta

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity.

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

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, Bernsteinovy podmínky. Synchronizace procesů. Kritické sekce, zakázané oblasti, postupová cesta. Přerušení, kontext 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. Stárnutí procesů. Typické synchronizační úlohy 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. Systémy řízení v reálném čase a 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, Kritické RT-systémy. Plánování úloh v kritických RT systémech Plánování aperiodických úloh:Plánování periodických úloh: Faktor využití procesoru, Frekvenčně monotónní plánování ( RMS - Rate monotonic scheduling ) 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 Úvod do softwarového 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 Úvod do softwarového 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 Úvod do softwarového 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. Úvod do softwarového inženýrství /4 - Uživatelská dokumentace, systémová dokumentace, projektová dokumentace. Proces údržby. Řízení projektu: Plánování, organizace, Technické řízení, ekonomické řízení. Odhad ceny projektu. Organizace vývojového týmu Laboratorní cvičení 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 Počítačová cvičení Strukturování úloh na moduly. Způsoby práce s dynamickými proměnnými. Řešení úloh na úrovni stroje. Instruktáž k řešení úloh na použití portů OOP, Použití dědičnosti. OOP, Použití polymorfismu. Implementace úloh založená na pseudoparalelismu. Implementace úloh založená na quasiparalelismu. Implementace obsluhy přerušení. Způsob ošetření výjimek. 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,Organizace vývojového týmu. Projekty Student odevzdá dva semestrální projekty První z nich je zaměřen na vytvoření dokumentace návrhu řešení zadané úlohy na návrhovém strukturovaném CASE systému Druhý na řešení úlohy používající vlákna

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 40 (40) 0
                Projekt Projekt 40  0
        Zkouška Zkouška 60 (60) 0
                Písemná zkouška Písemná zkouška 30  0
                Ústní zkouška Ústní zkouška 30  0
Rozsah povinné účasti:

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.FormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2009/2010 (B2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612R041) Řídicí a informační systémy P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2009/2010 (B2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612R041) Řídicí a informační systémy K čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2008/2009 (B2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612R041) Řídicí a informační systémy P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2008/2009 (B2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612R041) Řídicí a informační systémy K čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2007/2008 (B2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612R041) Řídicí a informační systémy P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2007/2008 (B2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612R041) Řídicí a informační systémy K čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2006/2007 (B2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612R041) Řídicí a informační systémy P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2006/2007 (N2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612T041) Řídící a informační systémy P čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2006/2007 (B2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612R041) Řídicí a informační systémy K čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2006/2007 (N2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612T041) Řídící a informační systémy K čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2005/2006 (B2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612R041) Řídicí a informační systémy P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2005/2006 (N2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612T041) Řídící a informační systémy P čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2005/2006 (B2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612R041) Řídicí a informační systémy K čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2005/2006 (N2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612T041) Řídící a informační systémy K čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2004/2005 (B2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612R041) Řídicí a informační systémy P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2004/2005 (N2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612T041) Řídící a informační systémy P čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2004/2005 (B2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612R041) Řídicí a informační systémy K čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2004/2005 (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