Detail předmětu
Real-time operační systémy
ROSe Ak. rok 2016/2017 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
Zakončení
Rozsah
- 26 hod. přednášky
- 10 hod. pc laboratoře
- 16 hod. projekty
Bodové hodnocení
- 55 bodů závěrečná zkouška (40 bodů písemná část, 15 bodů testová část)
- 15 bodů půlsemestrální test (testová část)
- 12 bodů laboratoře
- 18 bodů projekty
Zajišťuje ústav
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.
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
-
-
Cottet, F., Delacroix, J., Kaiser, C., Mammeri, Z.: Scheduling in Real-Time Systems. John Wiley & Sons, 2002, 266 p., ISBN 0-470-84766-2.
- Labrosse, J. J.: MicroC OS II: The Real Time Kernel. Newnes, 2nd ed., 2002, 648 p., ISBN 978-1578201037.
- Laplante, P. A.: Real-Time Systems Design and Analysis. Wiley-IEEE Press, 2004, 528 p., ISBN 0-471-22855-9.
- Strnadel, J.: Studijní opora k předmětu ROS. FIT VUT v Brně, Brno, 2006, 120 p.
-
Literatura referenční
- 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.
- 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 p., ISBN 0-07-114243-6.
- Labrosse, J. J.: MicroC OS II: The Real Time Kernel. Newnes, 2nd ed., 2002, 648 p., ISBN 978-1578201037.
- 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 p., ISBN 0-07037-491-0.
- Li, Q., Yao, C.: Real-Time Concepts for Embedded Systems. CMP Books, 1st Edition, 2003, 294 p., ISBN 1-57820-124-1.
Osnova přednášek
- Vymezení základních pojmů souvisejících se systémy pracujícími v reálném čase (RT), motivace.
- Úvod ke specifikaci a verifikaci RT systémů.
- Architektury jader RT systémů - typické vlastnosti, problémy a principy srovnání výkonnosti.
- Časové analýzy RT jader, principy analýz dob odezev jednotlivých typů RT jader.
- Přehled a vlastnosti běžných rozhraní a plánovacích mechanismů v (RT)OS, prioritních plánovačů, POSIX 1003.1b.
- Případové studie: uC/OS-II, uC/OS-III, FreeRTOS.
- Případové studie: MQX, Autosar-OSEK/VDX, QNX.
- Model RT úloh a úvod k plánování množin RT úloh. Problém plánovatelnosti množin RT úloh.
- Plánování množin nezávislých periodických RT úloh s pevnými a dynamickými prioritami v jednoprocesorovém prostředí: RM, DM, EDF, LL.
- Mechanismy společného plánování periodických, sporadických a aperiodických RT úloh s využitím serverů úloh.
- 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.
- Mechanismy plánování RT úloh při přetížení RT systému: Dover, RED, LBESA, DASA.
- 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
- Specifikace a verifikace jednoduchého RT systému pomocí nástroje UPPAAL.
- Návrh a implementace jednoduché RT aplikace pomocí API z uC/OS-II, FreeRTOS, MQX, popř. QNX/Neutrino či POSIX 1003.1b.
- Porovnání vlastností jednotlivých RTOS jader (uC/OS-II, FreeRTOS, MQX).
- Seznámení se s nástroji Timestool a Cheddar pro základní modelování a analýzu RT aplikací popsaných množinou RT úloh s parametry.
- 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).
Průběžná kontrola studia
Hodnocení studia je založeno na bodovacím systému. Pro úspěšné absolvování předmětu je nutno dosáhnout 50 bodů.
Bez podmínek.
Kontrolovaná výuka
Kontrolována je účast a aktivita během přednášek, počítačových laboratoří a postup prací na projektu.