Ing. Josef Strnadel, Ph.D.

Ústav počítačových systémů (UPSY)

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.

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.

• Cheng, A. M. K.: Real-Time Systems: Scheduling, Analysis, and Verification. Wiley, 2002, 552 p., ISBN 0-471-18406-3.
• Joseph, M.: Real-Time Systems Specification, Verification and Analysis. Prentice Hall, 1996, p. 278, ISBN 0-13-455297-0.
• Krishna, C. M., Shin, K. G.: Real-Time Systems. McGraw-Hill, 1997, 448 s., ISBN 0-07-114243-6.
• Laplante, P. A.: Real-Time Systems Design and Analysis. Wiley-IEEE Press, 2004, 528 p., 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.

• 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.
• Kopetz, H.: Real-Time Systems, Design Principles for Distributed Embedded Applications. Springer, 2011, 378 p., ISBN 978-1-4419-8236-0.
• Labrosse, J. J.: MicroC OS II: The Real Time Kernel. Newnes, 2nd ed., 2002, 648 p., ISBN 978-1578201037.

• Zpracování 4 úloh s obhajobou a odevzdáním do IS v daném termínu (až 12 bodů, z toho: 6 bodů za funkčnost řešení, 3 body za kvalitu zpracování, 3 body za kvalitu obhajoby řešení)
• Půlsemestrální písemný test (až 15 bodů)
• Vypracování projektu s obhajobou a odevzdáním do IS v daném termínu (až 18 bodů, z toho: 9 bodů za funkčnost řešení, 5 body za kvalitu zpracování, 4 body za kvalitu obhajoby řešení)
• Veškeré úkoly musí být odevzdány v rámci stanovených termínů; pozdní odevzdání úkolů je hodnoceno 0 body

angličtina

Osnova přednášek:

1. Vymezení základních pojmů souvisejících se systémy pracujícími v reálném čase (RT), motivace.
2. Úvod ke specifikaci a verifikaci RT systémů.
3. Architektury jader RT systémů - typické vlastnosti, problémy a principy srovnání výkonnosti.
4. Časové analýzy RT jader, principy analýz dob odezev jednotlivých typů RT jader.
5. Přehled a vlastnosti běžných rozhraní a plánovacích mechanismů v (RT)OS, prioritních plánovačů, POSIX 1003.1b.
6. Případové studie: uC/OS-II, uC/OS-III, FreeRTOS.
7. Případové studie: MQX, Autosar-OSEK/VDX, QNX.
8. Model RT úloh a úvod k plánování množin RT úloh. Problém plánovatelnosti množin RT úloh.
9. Plánování množin nezávislých periodických RT úloh s pevnými a dynamickými prioritami v jednoprocesorovém prostředí: RM, DM, EDF, LL.
10. Mechanismy společného plánování periodických, sporadických a aperiodických RT úloh s využitím serverů úloh.
11. Plánování závislých RT úloh přiřazováním priorit v jednoprocesorovém prostředí, prevence inverze priorit, blokování a uváznutí pomocí protokolů přístupu k prostředkům: PIP, HLP, PCP, SRP, TBS, CBS.
12. Mechanismy plánování RT úloh při přetížení RT systému: Dover, RED, LBESA, DASA.
13. Plánování RT úloh ve víceprocesorovém prostředí (anomálie, RMNF, RMFF, RMBF, RMST, RMGT), pro zvýšení spolehlivosti RT systému a pro nízký příkon (DVS, DPM).

Osnova počítačových cvičení:

1. Specifikace a verifikace jednoduchého RT systému pomocí nástroje UPPAAL.
2. Návrh a implementace jednoduché RT aplikace pomocí  API z uC/OS-II, FreeRTOS, MQX, popř. QNX/Neutrino či POSIX 1003.1b.
3. Porovnání vlastností jednotlivých RTOS jader (uC/OS-II, FreeRTOS, MQX).
4. Seznámení se s nástroji Timestool a Cheddar pro základní modelování a analýzu RT aplikací popsaných množinou RT úloh s parametry.
5. Využití nástrojů TimesTool, Cheddar a jader uC/OS-II, FreeRTOS, MQX k pokročilým analýzám (např. zkoumání vlastností protokolů přístupu k prostředkům a mechanismů plánování při přetížení, ve víceprocesorových či nízkopříkonových podmínkách).

Osnova ostatní - projekty, práce:

• Individuální nebo skupinový projekt.

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.

• Kontrolována je účast a aktivita během přednášek, počítačových laboratoří a postup prací na projektu.
• 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.

• Program IT-MGR-2 magisterský navazující

  obor MBS , libovolný ročník, zimní semestr, 5 kreditů, volitelný
  obor MBI , libovolný ročník, zimní semestr, 5 kreditů, volitelný
  obor MIN , libovolný ročník, zimní semestr, 5 kreditů, volitelný
  obor MMI , libovolný ročník, zimní semestr, 5 kreditů, povinně volitelný
  obor MMM , libovolný ročník, zimní semestr, 5 kreditů, volitelný
  obor MGM , libovolný ročník, zimní semestr, 5 kreditů, volitelný
  

• Program IT-MGR-2 magisterský navazující

  obor MGMe , libovolný ročník, zimní semestr, 5 kreditů, povinně volitelný
  

• Program IT-MGR-2 magisterský navazující

  obor MPV , libovolný ročník, zimní semestr, 5 kreditů, volitelný
  obor MSK , libovolný ročník, zimní semestr, 5 kreditů, povinně volitelný
  

• Program IT-MGR-1H magisterský navazující

  obor MGH , libovolný ročník, zimní semestr, 5 kreditů, doporučený
  

• Program IT-MGR-2 magisterský navazující

  obor MIS , 2. ročník, zimní semestr, 5 kreditů, volitelný
  

16 hod., povinná

Ing. Josef Strnadel, Ph.D.

• Individuální nebo skupinový projekt.

eLearning: aktuální otevřený kurz