455-0505/02 – Systémy řízení v reálném čase (SRvRC)
Garantující katedra | Katedra měřicí a řídicí techniky | Kredity | 5 |
Garant předmětu | doc. RNDr. Jindřich Černohorský, CSc. | Garant verze předmětu | doc. RNDr. Jindřich Černohorský, CSc. |
Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
Ročník | 3 | Semestr | zimní |
| | Jazyk výuky | čeština |
Rok zavedení | 2004/2005 | Rok zrušení | 2009/2010 |
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
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
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.