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

    Belépés
    címtáras azonosítással
    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Biztonságkritikus beágyazott rendszerek

    A tantárgy angol neve: Safety Critical Embedded Systems

    Adatlap utolsó módosítása: 2022. november 7.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    MSc Villamosmérnöki mesterszak
    Intelligens beágyazott rendszerek főspecializáció (MIT) 
    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIMIMB07   2/1/0/v 5  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék dr. Majzik István,
    A tantárgy tanszéki weboldala http://www.mit.bme.hu/oktatas/targyak/VIMIMB07
    4. A tantárgy előadója Dr. Majzik István, docens, BME MIT
    Scherer Balázs, mestertanár, BME MIT
    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

    Rendszerarchitektúrák, programozás alapjai

    6. Előtanulmányi rend
    Kötelező:
    NEM
    (TárgyEredmény( "BMEVIMIMA11", "jegy" , _ ) >= 2
    VAGY
    TárgyEredmény("BMEVIMIMA11", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

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

    A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

    7. A tantárgy célkitűzése

    A tárgy célja a funkcionális biztonság szempontjából kritikus beágyazott rendszerek fejlesztési módszereinek bemutatása. Az ilyen rendszerek (amelyeket nagy számban találunk például járműipari, közlekedési, folyamatirányítási alkalmazásokban) működése hozzájárulhat veszély, illetve adott környezeti feltételek mellett baleset vagy anyagi kár kialakulásához, így speciális tervezési, analízis és tesztelési technikák alkalmazására van szükség. A hallgatók megismerik a biztonságkritikus rendszerek fejlesztési szabványokban is rögzített életciklus modelljét, konstrukciós alapelveit, a tervezői döntéseket igazoló biztonsági és megbízhatósági analízist, valamint a szisztematikus tesztelés és verifikáció módszereit. A tárgy előadásai és gyakorlatai konkrét eszközöket és technológiákat mutatnak be a követelménykezelés, architektúra tervezés, veszély analízis, forráskód ellenőrzés, komponens- és integrációs tesztelés, rendszertesztelés tipikus feladatainak elvégzéséhez.

    8. A tantárgy részletes tematikája 1. Biztonságkritikus rendszerek alapfogalmai: Baleset, kockázat, funkcionális biztonság fogalma. A biztonságintegritási szint (SIL). A megbízhatóság, rendelkezésre állás és a biztonságosság kritériumai és mérőszámai. A biztonságosság (safety) és az informatikai biztonság (security) fogalmak különbsége és kapcsolata. A biztonsági szabványok jelentősége.
    2. A fejlesztési folyamatok, életciklus modellek és a minőségbiztosítás szerepe: A CMMI és az ASPICE folyamatmodellek áttekintése. A fejlesztést támogató és menedzsment folyamatok beépülése a fejlesztési életciklusba: projekttervezés; követelmények, követhetőség, verziók és konfigurációk kezelése. Hibajegyek és veszélynapló szerepe.
    3. Biztonságkritikus rendszerek fejlesztésének tipikus életciklus modelljei a biztonsági szabványok (pl. ISO 26262) és a folyamat szabványok (pl. ASPICE) alapján. A V-modell szerinti fejlesztési életciklus lépései. Az agilis fejlesztési módszerek megjelenése.
    4. Az architektúra tervezésének lépései a követelmények analízise alapján: Logikai és technikai architektúra. Hardver és szoftver együttes tervezés. Modell alapú tervezés (pl. Simulink, Stateflow). Hardver és szoftver komponensek specifikálása, tervezése és integrációja.
    5. Hardver komponensek hibáinak detektálási és diagnosztikai módszerei (az ISO 26262 alapján), a hibafedés jellemzése. A kommunikációs hibák kezelése.
    6. Az architektúra kialakításának tipikus megoldásai biztonságkritikus rendszerek esetén: Architektúrák fail-stop működéshez. Hibatűrő architektúrák állandósult és tranziens hardver hibák esetén. Hibatűrés szoftver tervezési hibák esetén.
    7. A veszély analízis módszerei: Hibafa, eseményfa, ok-következmény analízis, hibamód és hatás analízis (FMEA, FMECA) az architektúra alapján. A kockázati mátrix felépítése, az általános kockázatcsökkentési módszerek áttekintése. A biztonságosság (safety) és az informatikai biztonság (security) együttes elvárásai, ezek közös tervezése.
    8. Megbízhatósági analízis módszerek: Kombinatorikus modellek használata, a megbízhatósági blokk diagram felépítése. Redundáns architektúrák analízise.
    9. Formális modelleken alapuló tervezés és helyességigazolás: Időfüggő viselkedésű beágyazott vezérlők tervezése időzített automatákkal. A követelmények formalizálása temporális logikákkal és verifikációjuk modellellenőrzéssel.
    10. A biztonságos szoftver implementációhoz alkalmazott kódolási szabálykészletek, nyelvi korlátozások: A MISRA C szabálykészlet bemutatása.
    11. Tesztelési alapfogalmak áttekintése (az ISTQB ajánlásai alapján). A szisztematikus tesztelési folyamat bemutatása. A tesztfedettség mérésének szerepe.
    12. Tesztelési és teszttervezési módszerek: Forráskód ellenőrzés (review, hibaminta keresés, kódolási szabályok ellenőrzése). Specifikáció alapú (fekete doboz) tesztelési módszerek. Struktúra alapú (üvegdoboz, vagy fehér doboz) tesztelési módszerek. Beágyazott rendszerekben alkalmazott szürke doboz módszerek.
    13. Tesztelési módszerek alkalmazása: Komponens szintű (unit) tesztelés. Integrációs tesztelés inkrementális illetve funkcionális integrációval. A rendszertesztelés és a validációs tesztelés tipikus módszerei. Monitorozás és debuggolás.
    14. Integrációs tesztelés model-, software-, processor-, hardware-in-the-loop (MIL, SIL, PIL, HIL) módszerekkel. A hibakezelés és hibatűrés tesztelése. A Continuous Integration megjelenése és alkalmazása beágyazott rendszerek esetében.

     

    A gyakorlatok részletes tematikája

    1. Követelmények, követhetőség, verziók és konfigurációk kezelése.
    2. Ipari partnerek esettanulmányainak elemzése.
    3. Biztonságkritikus architektúrák tervezése, modell alapú tervezés.
    4. Veszély- és megbízhatósági analízis.
    5. Szoftver kódolási szabályok alkalmazása, forráskód ellenőrzés.
    6. Komponens (unit) tesztelés, teszt lefedettség mérése.
    7. HIL tesztelés, tesztfejlesztő környezet használata.

    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

    Előadás és gyakorlat.

    10. Követelmények Szorgalmi időszakban:
    Az aláírás megszerzéséhez egy zárthelyi dolgozat legalább elégséges szintű megírása szükséges.

    Vizsgaidőszakban:
    A félév lezárásának módja: Írásbeli vizsga.

    11. Pótlási lehetőségek

    A félév során lehetőséget adunk a zárthelyi egyszeri pótlására.

    12. Konzultációs lehetőségek

    Igény esetén előzetesen egyeztetett időpontban konzultációt biztosítunk.

    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    Neil Storey: Safety-Critical Computer Systems. Addison-Wesley, ISBN: 0201427877 

    Frank Vahid, Tony D. Givargis: Embedded System Design: A Unified Hardware/Software Introduction. John Wiley & Sons, ISBN: 0471386782

    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra42
    Félévközi készülés órákra14
    Felkészülés zárthelyire24
    Házi feladat elkészítése0
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása20
    Vizsgafelkészülés50
    Összesen150
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

    Dr. Majzik István, docens, BME MIT
    Scherer Balázs, mestertanár, BME MIT