Course detail

Systémy pracující v reálném čase (v angličtině)

FIT-RTSaAcad. year: 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.

Language of instruction

angličtina

Number of ECTS credits

5

Mode of study

Not applicable.

Guarantor

Ing. Josef Strnadel, Ph.D.

Department

Ústav počítačových systémů (UPSY)

Offered to foreign students

Of all faculties

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.

Co-requisites

Not applicable.

Planned learning activities and teaching methods

Not applicable.

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.

Course curriculum

Not applicable.

Work placements

Not applicable.

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.

Recommended optional programme components

Not applicable.

Prerequisites and corequisites

Not applicable.

Basic literature

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

Recommended reading

Olderog, E.-R., Dierks, H.: Real-Time Systems Formal Specification and Automatic Verification. Cambridge University Press, 2008, 344 p., ISBN 978-0521883337.
Lecture slides/notes available electronically - přednáškové materiály dostupné v elektronické podobě.
Butazzo, G.: Hard Real-Time Computing Systems, Predictable Scheduling Algorithms and Applications. Springer, 2011, 524 p., ISBN 978-1-4614-0675-4.
Williams, R.: Real-Time Systems Development. Butterworth-Heinemann, 2006, 320 p., ISBN 978-0-7506-6471-4.
Wang, J.: Real-Time Embedded Systems. John Wiley & Sons, 2017, 310 p., ISBN 978-1118116173.

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.
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.

Elearning

eLearning: currently opened course

Classification of course in study plans

  • Programme IT-MGR-1H magisterský navazující

    branch MGH , 1 year of study, letní semester, doporučený kurs

  • Programme IT-MGR-2 magisterský navazující

    branch MGMe , 0 year of study, letní semester, povinně volitelný

  • Programme IT-MGR-2 magisterský navazující

    branch MBI , 0 year of study, letní semester, volitelný
    branch MBS , 0 year of study, letní semester, volitelný
    branch MGM , 0 year of study, letní semester, volitelný
    branch MIN , 0 year of study, letní semester, volitelný
    branch MIS , 2 year of study, letní semester, volitelný
    branch MMM , 0 year of study, letní semester, volitelný
    branch MPV , 0 year of study, letní semester, volitelný

  • Programme MITAI magisterský navazující

    specialization NADE , 0 year of study, letní semester, volitelný
    specialization NBIO , 0 year of study, letní semester, volitelný
    specialization NCPS , 0 year of study, letní semester, volitelný
    specialization NEMB , 0 year of study, letní semester, povinný
    specialization NGRI , 0 year of study, letní semester, volitelný
    specialization NHPC , 0 year of study, letní semester, volitelný
    specialization NIDE , 0 year of study, letní semester, volitelný
    specialization NISD , 0 year of study, letní semester, volitelný
    specialization NISY do 2020/21 , 0 year of study, letní semester, volitelný
    specialization NMAL , 0 year of study, letní semester, volitelný
    specialization NNET , 0 year of study, letní semester, volitelný
    specialization NSEC , 0 year of study, letní semester, volitelný
    specialization NSEN , 0 year of study, letní semester, volitelný
    specialization NSPE , 0 year of study, letní semester, volitelný
    specialization NVER , 0 year of study, letní semester, volitelný
    specialization NVIZ , 0 year of study, letní semester, volitelný
    specialization NISY , 0 year of study, letní semester, volitelný

  • Programme IT-MGR-2 magisterský navazující

    branch MSK , 0 year of study, letní semester, povinně volitelný

  • Programme MITAI magisterský navazující

    specialization NEMB do 2021/22 , 0 year of study, letní semester, volitelný

Type of course unit

 

Přednáška

26 hod., optionally

Teacher / Lecturer

Ing. Josef Strnadel, Ph.D.

Syllabus

  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., optionally

Teacher / Lecturer

Ing. Josef Strnadel, Ph.D.

Syllabus

  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., optionally

Teacher / Lecturer

Ing. Josef Strnadel, Ph.D.

Syllabus

  • Individuální nebo skupinový projekt.

Elearning

eLearning: currently opened course