Programování systémů reálného času

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra měření

Anotace:

Cílem tohoto předmětu je poskytnout studentům základní znalosti v oblasti vývoje softwaru pro řídicí či jiné systémy pracující v reálném čase. Hlavní důraz bude kladen na vestavné systémy vybavené některým z operačních systémů reálného času (RTOS). Na přednáškách se studenti seznámí s teorií systémů pracujících v reálném čase, která slouží k formálnímu potvrzení správnosti kritických aplikací. Další část přednášek bude zaměřena na bezpečnostně kritické (safety-critical) aplikace, jejichž selhání může mít katastrofické následky. Na cvičeních budou studenti řešit nejprve několik menších úloh s cílem jednak zvládnout práci se základními komponentami RTOS VxWorks a jednak změřit časové parametry OS a hardwaru, které jsou potřebné při výběru platformy vhodné pro danou aplikaci. Poté se bude řešit složitější úloha - časově náročné řízení modelu, kde bude možno plně využít vlastnosti použitého RTOS. Úlohy na cvičeních se budou řešit v jazyku C.

Požadavky:

Zájemce musí zvládat základy programování v jazyce C a programování vícevláknových aplikací. Výhodou je absolvování předmětu A0B35APO.

Stránky předmětu: https://moodle.dce.fel.cvut.cz/

Osnova přednášek:

Absolvent předmětu se obeznámí se základními vlastnosti operačních systémů reálného času.

1. Úvod do systémů reálného času, požadavky, vlastnosti, aplikace

2. Operační systém Azure RTOS (ThreadX)

3. POSIX 1003.1b - přenositelné rozhraní operačních systémů reálného času

4. Referenční model systému reálného času

5. Off-line (hodinkami řízené) rozvrhování

6. Rozvrhování se statickou prioritou

7. Rozvrhování s dynamickou prioritou

8. Správa sdílených zdrojů v systémech reálného času

9. Kombinování real-time a běžných úloh

10. Vývoj bezpečnostně-kritického (safety-critical) aplikací, standardy pro funkční bezpečnost, úroveň bezpečnosti (SIL)

11. Techniky pro zvýšení spolehlivosti bezpečnostně kritického softwaru (redundance, kódování, dekompozice)

12. Studie HAZOP, software HAZOP, ukázka aplikace

13. Více jádrové systémy a reálný čas, přehled RTOS

Poznatky získané na přednáškách budou upevňovány na cvičeních prostřednictvím samostatní práce na semestrálním projektu. Studenti budou při práci využívat HW přípravky s procesorem STM32H753, jako vývojové prostředí STM32 cube IDE a RTOS operační systém Azure RTOS (ThreadX).

Osnova cvičení:

1.Základy VxWorks IDE: tvorba aplikaci, simulátor VxWorks, přístup k dokumentaci, ladění

2.VxWorks API: Mutexy, semafory

3.VxWorks API: Real-Time procesy a sdílená paměť

4.Blokování na mutexu, dědění priorit

5.Cyklická exekutiva, měření doby běhu (WCET)

6.Měření latence rozvrhovače

7.Měření latence při komunikaci po Ethernetu

8.Semestrální práce - distribuované řízení motoru v reálném čase (steer-by-wire) + vizualizace pomocí vestavěného web serveru

Cíle studia:

Studijní materiály:

Buttazzo, Giorgio C, Hard Real-Time Computing Systems, Predictable Scheduling Algorithms and Applications, Springer, 2011 Burns A. and Wellings A.: Real-Time Systems and Programming Languages (Fourth Edition), Ada 2005,

Real-Time Java and C/Real-Time POSIX, Addison Wesley Longmain, 2009 Redmill F., Morris Ch. et al, System Safety: HAZOP and Software HAZOP, Wiley, April 1999

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Otevřená informatika - Internet věcí 2025 (povinný předmět zaměření)