Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

Mikrokontrollerek és egységeik, beágyazott szoftver rendszerek, C programozási nyelv

A járműipari beágyazott rendszereket irányító szoftvereknek alapvetően kétfajta követelményrendszernek kell megfelelniük. Egyrészt egy erőforrások szempontjából korlátozott, tipikusan mikrokontroller alapú platformon kell működniük, azaz különös gondot kell fordítani a tervezésben és implementálásában a kód optimális voltára. Másrészt a járműipari környezetben megvalósítandó funkcióknak, irányító rendszereknek biztonságos, hibatűrő alkalmazásoknak kell lenniük.

1. hét: Bevezetés a járműipari beágyazott rendszerekbe
Egy mai személy- ill. tehergépjármű vezérlőegységei és azok hálózata, a vezérlőegységek által megvalósított funkciók, a vezérlőegységek közötti kommunikáció. A jelen kihívásai, és aktuális fejlődési irányok. Egy járműipari funkció - vontatmány felborulás gátló funkciójának – bemutatása és a megoldandó feladatok tárgyalása.
2. hét: A jármű vezérlőegysége
A vezérlőegység blokkvázlata, részegységeinek bemutatása. A vezérlőegység funkciói és üzemállapotai. Autóipari mikrokontrollerek, alkalmazott memóriák típusai, kommunikációs protokollok típusai.
3. hét: Járműipari funkciók tervezési sajátossága - Üzembiztonság
Megbízhatóság. A biztonság és rendelkezésre állás közötti különbség. Rizikóanalízis, biztonsági célok, Funkcionális biztonsági koncepció. Biztonsági követelmények figyelembe vétele. Biztonsági mechanizmusok, diagnosztikai lefedettség. FMEDA bemutatása egyszerű szelepvezérlő áramkört elemző számpéldán keresztül.
4. hét: Járműipari funkciók tervezési sajátossága – Üzembiztonság – Szoftvertervezés
Biztonsági követelményeket figyelembe vevő szoftvertervezési szempontok. A hibakezelés folyamatának szoftveres megvalósítása. A fékrendszer tárgyalása. Üzemmód váltás bemutatása a kipörgésgátló, és a hill-start-aid funkciókon keresztül. On-line, off-line diagnosztika. A hibalámpa, a heart beat elv.
5. hét: Megvalósítandó biztonsági mechanizmusok
Funkció és biztonságos üzem együttes tervezése. Redundancia a jármű elektronikus vezérlőegységében. Redundáns funkciók, hardveres redundanciák. Mikrokontroller és watchdog, 1.5 és 2 mikrokontrolleres struktúrák. Duplázott táp. Beavatkozók státuszjelei és azok biztosítása, biztonsági kapcsolók és azok biztosítása. A redundancia szerepének konkrét bemutatása a szelepvezérlő áramkör redundáns felépítésén keresztül. Redundancia a szoftverben: Különböző részleges és teljes redundanciák és alkalmazásuk. Jelek, változók védelme.
6. hét: Hibadetektálás
A korábbi példák után a vezérlőegység részegységeire és hozzá kapcsolódó lehetséges perifériákra vonatkozó különböző hibadetektálási algoritmusok: szenzorok ellenőrzése, beavatkozók ellenőrzése, plauzibilitásvizsgálatok. Az ESP érzékelőihez kapcsolódó plauzibiltásvizsgálat elve. Kommunikációs csatornák meghibásodási fajtái és kezelésük. Adatvesztés, időtúllépés, adatintegritás, lebegés jelenségek tárgyalás és kezelése. T ciklusidővel küldött jel T ciklusidejű taszkban való fogadásának problémája.
7. hét: Hibadetektálás - a mikrokontroller öndiagnosztikája
A CPU, a különféle memóriák és a belső perifériák tesztjei, ellenőrzés a "másik" intelligencia segítségével. Tesztek bekapcsolás után (POST). Memóriatesztelő "marching" algoritmusok. Tesztek futásidőben.
8. hét: 1. zárthelyi dolgozat
9. hét: Járműipari szoftver programozási szempontjai
Optimális erőforrás használat, áttekinthetőség, karbantarthatóság, rugalmas konfigurálhatóság, hordozhatóság 5-ös szempontrendszere. A rugalmas konfiguráció megvalósításának módjai.
10. hét: Járműipari szoftver struktúrája
A kód felosztása a memóriában. Üzemállapotok: A vezérlőegység indítása és leállítása, speciális üzemállapotok. OS-Applikációk. A szoftver rétegei. Autosar struktúra.
11. hét: Operációs rendszer
Az autóipari operációs rendszerek sajátosságai. OSEK. Autosar OS. MPU használata.
12. hét: Speciális üzemállapotok
Járműdiagnosztika célja, legfontosabb diagnosztikai funkciók áttekintése. NVRAM adatok kezelése kikapcsolási késleltetéssel és anélkül. Szerviztámogatás: diagnosztikai funkciók, authentikáció, szoftverletöltés, EOL parametrizálás. Gyártástámogatás: gyártás menete, gyártási teszt és függetlenségének biztosítása. Variáns fogalma. Variánsok a gyakorlatban.
13. hét: Termék
Hogyan lesz valamiből termék? Variánskezelés. Fejlesztőkörnyezet: fordítók, kódgenerátorok, szoftverfejlesztési segédszoftverek és azok hibáinak kezelése. Kódanalízis: MISRA megfelelőség, Polyspace, kód metrikák. Tesztelési folyamatok áttekintése. Tesztlefedettség metrikák. Tesztesetek implementálása és GCC/GCOV-val a tesztlefedettség kiértékelése.
14. hét: 2. zárthelyi dolgozat

A tárgy anyaga előadásokon kerül ismertetésre, az elméletet esettanulmányok során keresztül mutatja be. Az előadásokon kívül a hallgatókkal egyezetett időpontban látogatást szervezünk a Knorr-Bremse budapesti fejlesztőintézetébe, ahol a hallgatók a járműipari fejlesztés valós környezetével és eszközeivel megismerkedhetnek. A látogatáson a részvétel ajánlott, de nem kötelező. 

a.              A szorgalmi időszakban:     két zárthelyi
b.             A vizsgaidőszakban:            -
c.              Elővizsga:                            -

A félévközi jegy megszerzésének feltétele mindkét zárthelyi elfogadható (legalább elégséges szintű) megoldása. A félévközi jegy a két zárthelyi pontszámának összege alapján kerül megállapításra. 

A két zárthelyi közül az egyikhez a TVSZ előírásai szerint a szorgalmi és/vagy a pótlási időszakban pótlási lehetőséget (pót zh), és ismételt pótlási lehetőséget (pót-pót zh) biztosítunk.

Órák előtt és után, valamint a számonkérésekhez kapcsolódóan egyeztetés szerint.

Az oktatók által készített prezentációk, segédletek.

Reif, Konrad (2011) "Bosch Autoelektrik und Autoelektronik. Bordnetze, Sensoren und elektronische Systeme"

Avižienis, et al. (2004) "Basic concepts and taxonomy of dependable and secure computing"