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

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Real-time and Safety-critical Systems

    A tantárgy neve magyarul / Name of the subject in Hungarian: Valós idejű és biztonságkritikus rendszerek

    Last updated: 2009. október 30.

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

    Electrical Engineering

    Embedded Information Systems Major

    MSc

    Course ID Semester Assessment Credit Tantárgyfélév
    VIMIM151 1 2/1/0/v 4  
    3. Course coordinator and department Dr. Dabóczi Tamás, Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék
    4. Instructors

    Dr. Dabóczi Tamás, associate professor

    Dr. Majzik István, associate professor

    Dept. of Measurement and Information Systems

    5. Required knowledge

    The following BSc topics are assumed to be known:

    • basic principles of operating systems, memory management,
    • C programming (basic level)

    The following MSc topics are assumed to be known:

    • Software technology: parallel processing, event-and time driven programming, model based software development.
    6. Pre-requisites
    Kötelező:
    NEM ( TárgyEredmény( "BMEVIAUMA08" , "jegy" , _ ) >= 2
    VAGY
    TárgyEredmény("BMEVIAUMA08", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0
    VAGY
    TárgyEredmény( "BMEVIMIMA10" , "jegy" , _ ) >= 2
    VAGY
    TárgyEredmény("BMEVIMIMA10", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0
    VAGY
    TárgyEredmény( "BMEVIMIMA11" , "jegy" , _ ) >= 2
    VAGY
    TárgyEredmény("BMEVIMIMA11", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

    A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

    A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

    Ajánlott:
    ---
    7. Objectives, learning outcomes and obtained knowledge

    The first part of the course deals with embedded systems having a strong requirement of guaranteed reaction to an external event (real time systems). In such systems exceeding the time limit might have catastrophic causes. The course gives an insight into the specialties of real time systems and into their design principles. It will deal with specialties of software design, scheduling algorithms, scheduling analysis, timing problems in sensor networks (synchronization of local clocks), and real time embedded operating systems.

    The second half of the subject deals with embedded systems that are safety critical, i.e., the operation of the system may contribute to hazards or (in certain operational conditions) accidents. These systems are typically found in medical devices, vehicle control or industrial process control applications. The lectures present the peculiarities of the system development process (that is often regulated by domain-specific standards), including the methods and techniques of the architecture design, the dependability and safety analysis, and the systematic testing and debugging.
    8. Synopsis

     

    .................  MÉG szerkesztés alatt ..................

     

     

    1. Real-time systems (3 hours theory/):

    Aim: Introduction to the special problems of embedded systems

    What is a real-time system? Difference between hard and soft real-time systems. Handling the failure in real-time systems (fail-safe and fail operational modes).

    2. Ütemezés (3 óra elmélet/előadás + 2 óra számítási gyakorlat):

    Célkitűzés: real-time rendszerekben alkalmazott prioritásos szoftverstruktúrák elemzése, ütemezési algoritmusok bemutatása és ütemezhetőségi analízis begyakoroltatása.

    Real-time rendszerek modellezése, taszkok állapotai, ütemezhetőségi analízis (Deadline Monotonic Analysis), Earliest Deadline First és a Least Laxity First algoritmusok, prioritásinverzió és ennek elkerülése, pillanatnyi prioritás öröklés, prioritás felső határ protokoll.

    3. Óraszinkronizálás (2 óra elmélet/előadás + 1 óra számítási gyakorlat):

    Célkitűzés: annak bemutatása, hogy elosztott RT rendszerekben az idő kezelése kritikus (különböző csomópontoknál keletkező események előidejűségének megállapítása, egyidejű mintavétel vagy beavatkozás). Lokális órák együttjárásának vagy a globális idővel való egyezésének biztosítására szolgáló módszerek megismertetése.

    Időreprezentáció, időkezelés. Referenciaóra, helyes óra, pontos óra definiálása. Órák hibájának modellezése ofszettel és óradrifttel. Időtartam mérése esetén jelentkező hibák. Óraszinkronizációs algoritmusok: központi órarendszerek, központilag felügyelt órarendszerek, elosztott órarendszerek.

    4. Memóriamenedzsment (1 óra elmélet/előadás):

    Célktűzés: a különböző memóriakezelési módszerek analízise valósidejű rendszerek követelményeinek szempontjából.

    Statikus, stack, heap memóriakezelés elemzése.

    5. Real-time futtatórendszerek, kernelek, operációs rendszerek (5 óra elmélet/előadás + 1 óra demonstráció):

    Célkitűzés: a valósidejű beágyazott rendszerekben alkalmazott operációs rendszerek áttekintése.

    Beágyazott real-time operációs rendszerek összehasonlítása, egy-egy RTOS részletes vizsgálata (uCOs, eCos, TinyOS stb).

    6. Biztonságkritikus rendszerek alapfogalmai (3 óra elmélet/előadás):

    Célkitűzés: a rendszer- és szoftverbiztonság koncepciójának bemutatása.

    Baleset, kockázat, biztonság fogalma. A megbízhatóság, rendelkezésre állás és a biztonság kapcsolatának bemutatása, kritériumok és mérőszámok hozzárendelése (megbízhatóság, rendelkezésre állás, készenlét, MTFF, MTTF, MTTR). Az előírt biztonságintegritási szintek és a (szabványok szerinti) tervezési folyamat kapcsolata.

    7. Biztonságkritikus rendszerek architektúrája (3 óra elmélet/előadás):

    Célkitűzés: az architektúratervezés alapelveinek és tipikus megoldásainak bemutatása.

    A biztonságos működés általános feltételei hibák bekövetkezése esetén. A többcsatornás működés mint tipikus megvalósítás. Tervezési minták bemutatása (biztonsági mag, redundancia, szoftver architektúrák).

    8. Biztonsági és megbízhatósági analízis (4 óra elmélet/előadás + 1 óra alkalmazási gyakorlat):

    Célkitűzés: a veszély- illetve a megbízhatósági analízis módszerek áttekintése, az egyes analízis technikák szerepének és alkalmazási feltételeinek elemzése.

    A rendszervizsgálat alapvető módszerei: az analitikus modellezés, szimuláció, illetve mérés sajátosságai. Veszélyanalízis technikák (hibafa, eseményfa, ok-következmény analízis, FMEA, FMECA) és megbízhatósági analízistechnikák (Boole-modellek, kitekintésként sztochasztikus modellek) alkalmazása. Az általános kockázatcsökkentési módszerek áttekintése.

    9. Formális verifikáció (2 óra elmélet/előadás + 1 óra demonstráció):

    Célkitűzés: a matematikai precizitású, formális módszereken alapuló helyességigazolás demonstrálása.

    Specifikáció biztonsági analízisének kritériumai. A modellalapú formális verifikáció bemutatása egy mintapéldán keresztül: időzített automaták (mint viselkedésmodell) és temporális logika (mint követelményleírás) alkalmazása. A korszerű integrált fejlesztőrendszerek lehetőségei: a SCADE tervezői keretrendszer.

    10. Tesztelés és diagnosztika (3 óra elmélet/előadás + 1 óra alkalmazási gyakorlat):

    Célkitűzés: a szisztematikus tesztelési technikák és stratégiák alkalmazásának bemutatása.

    Funkcionális tesztelési módszerek (ekvivalenciaparticionálás, határértékanalízis) ismertetése és alkalmazása. A modellalapú teszttervezés lehetőségei, objektumorientált rendszerek tesztelésének specialitásai. A strukturális tesztelés és a kapcsolódó teszt fedettségi mértékek szerepe. Monitorozás és debuggolás.
    9. Method of instruction .................  MÉG szerkesztés alatt ..................
    10. Assessment .................  MÉG szerkesztés alatt ..................
    11. Recaps .................  MÉG szerkesztés alatt ..................
    12. Consultations On demand.
    13. References, textbooks and resources

    [1] Jane W. S. Liu, Real-time systems, Prentice Hall, New Jersey, 2000.

    [2] Nancy G. Leveson, Safeware: System Safety and Computers, Addison-Wesley, 1995.
    14. Required learning hours and assignment
    Kontakt óra42
    Félévközi készülés órákra5
    Felkészülés zárthelyire 
    Házi feladat elkészítése25
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása 
    Vizsgafelkészülés48
    Összesen120
    15. Syllabus prepared by

    Dr. Dabóczi Tamás

    Dr. Majzik István

    Kovácsházy Tamás