Detail předmětu

Real-time operační systémy

FIT-ROSAk. rok: 2012/2013

Studie konceptů, technik a standardů pro vestavěné operační systémy včetně vestavěných operačních systémů reálného času. Předmět pokrývá následující problematiku: Základní koncepty reálného času. Specifikace, verifikace a návrh systémů reálného času. Jádra. Komunikace a synchronizace. Správa paměti. Analýza a optimalizace výkonnosti. Fronty. Spolehlivost a odolnost proti poruchám. Multiprocesorové systémy. Integrace hardware a software. Studie operačních systémů.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

Ing. Josef Strnadel, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav počítačových systémů (UPSY)

Výsledky učení předmětu

Teoretický základ z oblasti specifikace/verifikace a praktická znalost operačních systémů pracujících v reálném čase. Po absolvování předmětu studenti budou schopni využít víceúlohové možnosti real-time operačních systémů, porozumí základním principům z oblasti real-time systémů, seznámí se s vlastnostmi, strukturou a konkrétními implementacemi těchto systémů a s faktory, které mají podstatný vliv na vlastnosti těchto systémů.

Teoretické a praktická orientace v oblasti vývojového cyklu aplikací pracujících v reálném čase, schopnost navrhovat aplikace založené na real-time operačních systémech.

Prerekvizity

Znalost principů operačních systémů (OS): přehled architektur OS, klasifikace OS, znalost struktury jádra OS UNIX a principů volání služeb jádra, shell. Pojmy přepínání kontextu, multitasking. Souborové systémy, správa procesů, virtuální paměť. Znalost programování v jazyce C.

Způsob a kritéria hodnocení

Hodnocení studia je založeno na bodovacím systému. Pro úspěšné absolvování předmětu je nutno dosáhnout 50 bodů.

Osnovy výuky

  1. Úvod do konceptů, technik a standardů pro systémy pracující v reálném čase (RT), motivace.
  2. Úvod ke specifikaci a verifikaci systémů.
  3. Specifikace RT systémů.
  4. Verifikace RT systémů.
  5. Architektury jader RT systémů.
  6. Analýza výkonnosti jednotlivých typů RT jader.
  7. Norma POSIX. Přehled rozhraní POSIX 1003.1b RT operačních systémů (RTOS).
  8. Případové studie: OSEK/VDX, uC/OS-II.
  9. Případové studie: QNX, Windows CE.
  10. Úvod k plánování množin RT úloh.
  11. Plánování množin nezávislých RT úloh se staticky přiřazenými prioritami běžícími v jednoprocesorovém prostředí.
  12. Plánování množin závislých RT úloh s dynamicky přidělovanými prioritami běžícími v jednoprocesorovém prostředí.
  13. Pokročilé mechanismy plánování RT úloh ve víceprocesorovém/distribuovaném/síťovém prostředí, plánování pro zvýšení spolehlivosti, plánování při přetížení systému.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenta se základními principy v oblasti real-time systémů a obohatit studenta o teoretické znalosti a praktické zkušenosti spojené s vývojovým cyklem vestavěných aplikací založených na real-time operačních systémech.

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

Vypracování projektu, výstupy z počítačových laboratorních úloh, půlsemestrální písemný test.

Základní literatura

Cheng, A. M. K.: Real-Time Systems: Scheduling, Analysis, and Verification. Wiley, 2002, 552 s., ISBN 0-471-18406-3.Cottet, F., Delacroix, J., Kaiser, C., Mammeri, Z.: Scheduling in Real-Time Systems. John Wiley & Sons, 2002, 266 s., ISBN 0-470-84766-2.Horovčák, P.: Systémy reálneho času. Elfa, Košice, 2002, 141 s., ISBN 80-89066-29-1 (brož.). Joseph, M.: Real-Time Systems Specification, Verification and Analysis. Prentice Hall, 1996, 278 s., ISBN 0-13-455297-0. Krishna, C. M., Shin, K. G.: Real-Time Systems. McGraw-Hill, 1997, 448 s., ISBN 0-07-114243-6. Labrosse, J. J.: MicroC OS II: The Real Time Kernel. Newnes, 2nd ed., 2002, 648 s., ISBN 978-1578201037. Laplante, P. A.: Real-Time Systems Design and Analysis. Wiley-IEEE Press, 2004, 528 s., ISBN 0-471-22855-9. Levi, S. T., Agrawala, A. K.: Real-Time System Design. McGraw-Hill, 1990, 299 s., ISBN 0-07037-491-0. Li, Q., Yao, C.: Real-Time Concepts for Embedded Systems. CMP Books, 1st Edition, 2003, 294 s., ISBN 1-57820-124-1. Srovnal, V.: Operační systémy pro řízení v reálném čase. VŠB TU, Ostrava, 1. vydání, 2003, 218 s., ISBN 80-248-0503-0 (brož.). Strnadel, J.: Studijní opora k předmětu ROS. FIT VUT v Brně, Brno, 2006, 120 s.

Doporučená literatura

Cottet, F., Delacroix, J., Kaiser, C., Mammeri, Z.: Scheduling in Real-Time Systems. John Wiley & Sons, 2002, 266 s., ISBN 0-470-84766-2.Labrosse, J. J.: MicroC OS II: The Real Time Kernel. Newnes, 2nd ed., 2002, 648 s., ISBN 978-1578201037. Laplante, P. A.: Real-Time Systems Design and Analysis. Wiley-IEEE Press, 2004, 528 s., ISBN 0-471-22855-9. Strnadel, J.: Studijní opora k předmětu ROS. FIT VUT v Brně, Brno, 2006, 120 s.Strnadel, J.: Návrh časově kritických systémů I: specifikace a verifikace, Automa, roč. 2010, č. 10, CZ, s. 42-44, ISSN 1210-9592 Strnadel, J.: Návrh časově kritických systémů II: úlohy reálného času, Automa, roč. 2010, č. 12, CZ, s. 18-19, ISSN 1210-9592 Strnadel, J.: Návrh časově kritických systémů III: priorita úloh, Automa, roč. 2011, č. 2, CZ, s. 50-52, ISSN 1210-9592 Strnadel, J.: Návrh časově kritických systémů IV: realizace prostředky RTOS, Automa, roč. 2011, č. 4, CZ, s. 58-60, ISSN 1210-9592 Strnadel, J.: Plánování úloh v systémech RT - I: závislé úlohy, Automa, roč. 18, č. 10, 2012, CZ, s. 42-45, ISSN 1210-9592 Strnadel, J.: Plánování úloh v systémech RT - II: neperiodické úlohy, Automa, roč. 18, č. 11, 2012, CZ, s. 44-46, ISSN 1210-9592 Strnadel, J.: Plánování úloh v systémech RT - III: přetížení systému, Automa, roč. 18, č. 12, 2012, CZ, s. 44-47, ISSN 1210-9592 Strnadel, J.: Plánování úloh v systémech RT - IV: víceprocesorové prostředí, Automa, roč. 19, č. 1, 2013, CZ, s. 44-46, ISSN 1210-9592 Strnadel, J.: Plánování úloh v systémech RT - V: zvyšování provozuschopnosti systémů, Automa, roč. 19, č. 2, 2013, CZ, s. 46-49, ISSN 1210-9592

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program IT-MGR-2 magisterský navazující

    obor MIS , 2 ročník, zimní semestr, volitelný
    obor MSK , 1 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Josef Strnadel, Ph.D.

Osnova

  1. Úvod do konceptů, technik a standardů pro systémy pracující v reálném čase (RT), motivace.
  2. Úvod ke specifikaci a verifikaci systémů.
  3. Specifikace RT systémů.
  4. Verifikace RT systémů.
  5. Architektury jader RT systémů.
  6. Analýza výkonnosti jednotlivých typů RT jader.
  7. Norma POSIX. Přehled rozhraní POSIX 1003.1b RT operačních systémů (RTOS).
  8. Případové studie: OSEK/VDX, uC/OS-II.
  9. Případové studie: QNX, Windows CE.
  10. Úvod k plánování množin RT úloh.
  11. Plánování množin nezávislých RT úloh se staticky přiřazenými prioritami běžícími v jednoprocesorovém prostředí.
  12. Plánování množin závislých RT úloh s dynamicky přidělovanými prioritami běžícími v jednoprocesorovém prostředí.
  13. Pokročilé mechanismy plánování RT úloh ve víceprocesorovém/distribuovaném/síťovém prostředí, plánování pro zvýšení spolehlivosti, plánování při přetížení systému.

Cvičení na počítači

10 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Josef Strnadel, Ph.D.

Osnova

  1. Seznámení se s nástrojem UPPAAL pro specifikaci a verifikaci RT systémů, ukázka možností nástroje.
  2. Specifikace a verifikace jednoduchého RT systému pomocí nástroje UPPAAL.
  3. Návrh a implementace jednoduché RT aplikace pomocí rozhraní obsažených v QNX/Neutrino, uC/OS-II a normě POSIX 1003.1b.
  4. Seznámení se z nástroji Timestool a Cheddar pro modelování RT aplikací založených na RTOS.

Projekt

16 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Josef Strnadel, Ph.D.