Detail předmětu

Systémy pracující v reálném čase (v angličtině)

FIT-RTSaAk. rok: 2022/2023

Přednášky tohoto předmětu prezentují problém vývoje systému pracujícího v reálném čase komplexně, v jeho plné šíři a hloubce. Zvláštní důraz kladou na srozumitelnost a praktickou aplikovatelnost probíraných témat a na vzájemné provázání klíčových znalostí. Témata jsou doprovázena případovými studiemi systémů reálného času z různých aplikačních oblastí (automobilismus, letectví, vojenství, počítačové vidění, robotika, výkon a energie atd.), případovými studiemi časovaných vývojových prostředků (prostředky a nástroje pro specifikaci a verifikaci, platformy, programovací jazyky, operační systémy) a problémy, jejich příčinami a řešeními. Studenti se obeznámí se základy i náročností obdobného vývoje a dovedou se vypořádat s typickými problémy, které jej komplikují. Specializovaná cvičení umožňují studentům získat schopnosti a dovednosti takové problémy řešit. Své schopnosti a dovednosti mohou studenti dále prohloubit během řešení semestrálního projektu.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

5

Garant předmětu

Ing. Josef Strnadel, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav počítačových systémů (UPSY)

Nabízen zahraničním studentům

Všech fakult

Výsledky učení předmětu

Studenti získají obecný přehled z oblastí systémů pracujících v reálném čase, jejich vývoje a rozšíření konvenčních, typicky nečasovaných, vývojových prostředků. Studenti budou schopni specifikovat požadavky kladené na systém pracující v reálném čase, modelovat takový systém a ověřit jeho vlastnosti, zkonstruovat systém reálného času vhodnými prostředky (hardware, operační systém atd.) a otestovat jej v provozních podmínkách. Studenti porozumí principům a složitosti vývoje (číslicového) systému splňujícího omezení kladené na (spojitý) reálný čas.
Studenti budou schopni vypořádat se s vývojovým cyklem skutečných, obvykle skrytých vestavných kyber-fyzikálních, systémů (např. pro řízení motoru či ABS v automobilu, řízení silničních a železničních uzlů a přejezdů či řízení autonomních, adaptivních, kooperativních a/nebo kolaborativních systémů), s nimiž se mohou setkat ve svém každodenním životě. Studenti propojí, prohloubí a rozšíří své znalosti, schopnosti a dovednosti nabyté v jiných, typicky izolovaných, oblastech informačních technologií (např. modelování a analýza, hardware, software, spolehlivost, operační systémy a jazyky) a budou schopni vidět tyto oblasti z nových hledisek.

Prerekvizity

Znalost základních principů z oblasti informačních technologií. Pokročilé počítačové dovednosti a schopnosti, středně pokročilé komunikační a samostudijní dovednosti v anglickém jazyce, základní schopnosti v oblasti abstraktního, analytického, logického a kritického myšlení, základní schopnosti pro řešení problémů, základní dovednosti v oblasti programování.

Způsob a kritéria hodnocení

  • Zpracování 5 krátkých technických zpráv s řešením 5 dílčích úloh ze cvičení (až 12 bodů).
  • Půlsemestrální písemný test (až 15 bodů).
  • Vypracování projektu s obhajobou a odevzdáním řešení v daném termínu (až 18 bodů).
  • Písemná zkouška (až 55 bodů) - pro úspěšné absolvování zkoušky je nutno získat z ní alespoň 15 bodů.

Učební cíle

Představit a prověřit pojmy, principy, metody, nástroje a problémy související s vývojem systémů pracujících v reálném čase, od jejich specifikací po jejich nasazení v praxi. Poskytnout studentům teoretické základy a umožnit jim vypořádat se s praktickými inženýrskými problémy z oblasti vývoje systémů pracujících v reálném čase. Podpořit vyučovaná témata případovými studiemi z reálného světa, motivovat studenty k porozumění příčinám problémů a k diskuzi jejich řešení. Vybavit studenty znalostmi, schopnostmi a dovednostmi k vývoji systémů pracujících v reálném čase a umožnit studentům uplatnit nabyté znalosti v rámci specializovaných cvičení a témat projektů.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

  • Kontrolována je účast a aktivita během přednášek, cvičení a postup prací na projektu.
  • Schopnosti studentů jsou ověřovány pomocí krátkých technických zpáv, půlsemestrálního testu, projektu a závěrečné zkoušky. Pro složení závěrečné zkoušky je z ní nutné získat alespoň 15 bodů; jinak bude závěrečná zkouška hodnocena 0 body.
  • Případné nahrazování zameškané výuky způsobené překážkou ve studiu bude realizováno dle povahy překážky a jí dotčené výuky, např. vypsáním náhradního termínu či zadáním samostatného (domácího) úkolu. Způsob řešení jiného druhu nepřítomnosti zde není upraven, tj. není vyloučen ani garantován.

Základní literatura

Alur, R.: Principles of Cyber-Physical Systems. MIT Press, 2015. 446 p., ISBN 978-0-262-02911-7.
Baier, C., Katoen, J.-P.: Principles of Model Checking. MIT Press, 2008, 975 p., ISBN 978-0-262-02649-9.
Butazzo, G.: Hard Real-Time Computing Systems, Predictable Scheduling Algorithms and Applications. Springer, 2011, 524 p., ISBN 978-1-4614-0675-4.
Cottet, F., Delacroix, J., Kaiser, C., Mammeri, Z.: Scheduling in Real-Time Systems. John Wiley & Sons, 2002, 266 p., ISBN 0-470-84766-2.
Cheng, A. M. K.: Real-Time Systems: Scheduling, Analysis, and Verification. Wiley, 2002, 552 p., ISBN 0-471-18406-3.
Kopetz, H.: Real-Time Systems, Design Principles for Distributed Embedded Applications. Springer, 2011, 378 p., ISBN 978-1-4419-8236-0.
Laplante, P. A.: Real-Time Systems Design and Analysis. Wiley-IEEE Press, 2004, 528 p., ISBN 0-471-22855-9.

Doporučená literatura

Behrmann G., David A., Larsen K.G.: A Tutorial on Uppaal. In: Lecture Notes in Computer Science, vol 3185. Springer, Berlin, Heidelberg. SFM-RT, pp. 397-415, 2004. ISBN 978-3-540-23068-7.
Butazzo, G.: Hard Real-Time Computing Systems, Predictable Scheduling Algorithms and Applications. Springer, 2011, 524 p., ISBN 978-1-4614-0675-4.
David, A., Larsen, K.G., Legay, A. et al. Uppaal SMC Tutorial: In International Journal on Software Tools for Technology Transfer, 2015, Vol. 17, pp. 397-415. ISSN 1433-2787.
Lecture slides/notes available electronically - přednáškové materiály dostupné v elektronické podobě.
Olderog, E.-R., Dierks, H.: Real-Time Systems Formal Specification and Automatic Verification. Cambridge University Press, 2008, 344 p., ISBN 978-0521883337.

Wang, J.: Real-Time Embedded Systems. John Wiley & Sons, 2017, 310 p., ISBN 978-1118116173.
Williams, R.: Real-Time Systems Development. Butterworth-Heinemann, 2006, 320 p., ISBN 978-0-7506-6471-4.

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program IT-MGR-1H magisterský navazující

    obor MGH , 1 ročník, letní semestr, doporučený kurs

  • Program IT-MGR-2 magisterský navazující

    obor MGMe , 0 ročník, letní semestr, povinně volitelný

  • Program IT-MGR-2 magisterský navazující

    obor MBI , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    obor MBS , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    obor MGM , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    obor MIN , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    obor MIS , 2 ročník, letní semestr, volitelný
    obor MMM , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    obor MPV , 0 ročník, letní semestr, volitelný

  • Program MITAI magisterský navazující

    specializace NADE , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NBIO , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NCPS , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NEMB , 0 ročník, letní semestr, povinný
    specializace NGRI , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NHPC , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NIDE , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NISD , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NISY do 2020/21 , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NMAL , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NNET , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NSEC , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NSEN , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NSPE , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NVER , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NVIZ , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NISY , 0 ročník, letní semestr, volitelný

  • Program IT-MGR-2 magisterský navazující

    obor MSK , 0 ročník, letní semestr, povinně volitelný

  • Program MITAI magisterský navazující

    specializace NEMB do 2021/22 , 0 ročník, letní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Josef Strnadel, Ph.D.

Osnova

  1. Úvod k systémům pracujícím v reálném čase. Motivace ke studiu, organizační záležitosti.
  2. Podpora reálného času ve standardech, jazycích a nástrojích.
  3. Modelování, analýza, návrh a validace systémů pracujících v reálném čase. Formální specifikace a verifikace systémů pracujících v reálném čase.
  4. Hardwarová, softwarová a výpočetní hlediska systémů pracujících v reálném čase. 
  5. Čas, hodiny a uspořádání. Měření a základny času, synchronizace hodin.
  6. Model reálného času. Řízení událostmi a spouštění časem.
  7. Časové vztahy v systémech.
  8. Spolehlivost. Poruchová a zátěžová hypotéza, anomálie a robustnost systémů pracujících v reálném čase.
  9. Komunikace v reálném čase. Mnoho/více jádrové a distribuované systémy pracujících v reálném čase.
  10. Jádra a operační systémy pracující v reálném čase.
  11. Plánování a synchronizace úloh reálného času.
  12. Výkonnostní a energetická hlediska systémů pracujících v reálném čase.
  13. Výzvy, otevřené problémy, trendy a vize v oblasti systémů pracujících v reálném čase. Shrnutí a závěr.

Cvičení na počítači

10 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Josef Strnadel, Ph.D.

Osnova

  1. Seznámení se s dostupným technickým a programovým vybavením.
  2. Praxe v oblasti modelování a analýzy systémů pracujících v reálném čase; specifikace a verifikace časovaných systémů.
  3. Praxe v oblasti měření času, synchronizace hodin a režií systémů pracujících v reálném čase na konkrétním technickém vybavení.
  4. Konstrukce a analýza jednoduchého systému pracujícího v reálném čase na základě řízení událostmi a spouštění časem.
  5. Konstrukce, analýza a testování komplexního systému pracujícího v reálném čase prostředky operačních systémů pracujících v reálném čase.

Projekt

16 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Josef Strnadel, Ph.D.

Osnova

  • Individuální nebo skupinový projekt.

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz