Fakulta informačních technologií VUT v Brně

Detail předmětu

Real-time operační systémy (v angličtině)

ROSa Ak. rok 2017/2018 letní semestr 5 kreditů

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.

Garant předmětu

Jazyk výuky

anglicky

Zakončení

zkouška (písemná)

Rozsah

26 hod. přednášky, 10 hod. pc laboratoře, 16 hod. projekty

Bodové hodnocení

55 zkouška, 15 půlsemestrální test, 12 laboratoře, 18 projekty

Zajišťuje ústav

Přednášející

Cvičící

Získané dovednosti, znalosti a kompetence z 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.

Dovednosti, znalosti a kompetence obecné

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

Cíle předmětu

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.

Požadované prerekvizitní znalosti a dovednosti

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.

Literatura studijní

  • Cheng, A. M. K.: Real-Time Systems: Scheduling, Analysis, and Verification. Wiley, 2002, 552 p., ISBN 0-471-18406-3.
  • 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.
  • 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.
  • 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

Literatura referenční

  • 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 s., 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 s., ISBN 978-1578201037.
  • 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.

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 ostatní - projekty, práce

  • Individuální nebo skupinový projekt.

Průběžná kontrola studia

  • 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

Kontrolovaná výuka

  • 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.

Podmínky zápočtu

Bez podmínek.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

Nahoru