455-0505/03 – Systémy řízení v reálném čase (SRvRC)
Garantující katedra | Katedra měřicí a řídicí techniky | Kredity | 4 |
Garant předmětu | doc. RNDr. Jindřich Černohorský, CSc. | Garant verze předmětu | doc. RNDr. Jindřich Černohorský, CSc. |
Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinně volitelný |
Ročník | 3 | Semestr | zimní |
| | Jazyk výuky | čeština |
Rok zavedení | 2005/2006 | 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
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
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky