455-0505/03 – Systémy řízení v reálném čase (SRvRC)

Garantující katedraKatedra měřicí a řídicí technikyKredity4
Garant předmětudoc. RNDr. Jindřich Černohorský, CSc.Garant verze předmětudoc. RNDr. Jindřich Černohorský, CSc.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinně volitelný
Ročník3Semestrzimní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2005/2006Rok zrušení2009/2010
Určeno pro fakultyFEIUrčeno pro typy studiabakalářské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
C1E65 doc. RNDr. Jindřich Černohorský, CSc.
KRE15 doc. Ing. Ondřej Krejcar, Ph.D.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 2+2
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

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

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, Bernsteinovy podmínky. Přerušení, kontext 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. 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. OOP a jeho principy, data a metody, rozhraní, zapouzdření, dědičnost a polymorfismus. Řízení viditelnosti identifikátorů, soudržnost a spřaženost, abstraktní třídy, asociace a agregace, Metody implementace tříd , výjimky Specifické metody implementace a komunikace objektů Problematika zpracování souborů a systémy reálného času 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. Principy zálohování. Majoritní systémy. 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 návrh dat a programových řídících struktur, notace, stavový diagram jako prostředek modelování řídicího algoritmu Úvod do softwarového inženýrství /3 - 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. Procedura jako kontrakt, funkce ASSERT.Typické chyby. Základy jazyka UML 2.0, Diagramy pro modelování chování: Diagram případů užití , Diagramy aktivit, Diagramy stavových přechodů, Diagramy komunikací,Sekvenční diagram, Ćasovací diagramy, Diagramy přehledu interakcí Základy jazyka UML 2.0, Diagramy balíčků, Diagramy tříd, Diagramy Objektů, Diagramy složených struktur, Diagram Komponent, Diagramy rozmístění Sběrnice, sítě, distribuované systémy. Sběrnice, logický a fyzický koncept sběrnice. Synchronní a asynchronní sběrnice. Architektura Master-Slave. Přidělování sběrnice. Architektura ISO OSI. Průmyslové sběrnice. 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 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 Databáze MS SQL Server - DataSet, DataTable, Adapter, SQL Connection, SQL Select Databáze MS SQL Server - SQL Insert, SQL Parametr, Delete, Where Objektové programování, třída, objekt, konstruktor, destruktor, víceparametrové předávání proměnných v rozhraní metod Vlákna ve windows - úvod do použití vláken, spouštění vláken, paměť vláken, jméno, Thread.Sleep, Vlákna ve windows - priorita vlákna, stav vlákna, spojení vláken Vlákna ve windows - synchronizace vláken, monitor, Lock Vlákna ve windows - implementace vláken do aplikací, typické případy v řídicích systémech DLL knihovny ve Visual C++ a její volání ze C# Objektové přístupy při návrhu architektury aplikací, vývojové diagramy, petriho sítě, UML 2.0 Jazyk UML - základní diagramy, nástroj MS Visio a jeho možnosti Jazyk UML v řídicích systémech

Podmínky absolvování předmětu

Kombinovaná 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 40  0
                Ústní zkouška Ústní zkouška 20  0
Rozsah povinné účasti:

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2009/2010 (B2649) Elektrotechnika (2601R004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava 3 povinně volitelný stu. plán
2009/2010 (B2649) Elektrotechnika (2601R004) Měřicí a řídicí technika K čeština Ostrava 3 povinně volitelný stu. plán
2008/2009 (B2649) Elektrotechnika (2601R004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava 3 povinně volitelný stu. plán
2008/2009 (B2649) Elektrotechnika (2601R004) Měřicí a řídicí technika K čeština Šumperk 3 povinně volitelný stu. plán
2008/2009 (B2649) Elektrotechnika (2601R004) Měřicí a řídicí technika K čeština Ostrava 3 povinně volitelný stu. plán
2007/2008 (B2649) Elektrotechnika (2601R004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava 3 povinně volitelný stu. plán
2007/2008 (B2649) Elektrotechnika (2601R004) Měřicí a řídicí technika K čeština Ostrava 3 povinně volitelný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku