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

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Beágyazott rendszerek informatikája

    A tantárgy angol neve: Informatics of Embedded Systems

    Adatlap utolsó módosítása: 2007. június 15.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Doktori választható tárgy

    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIMMD087   4/0/0/v 5 1/1
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Péceli Gábor, Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék
    A tantárgy tanszéki weboldala http://www.mit.bme.hu/oktatas/targyak/vimmd087/
    4. A tantárgy előadója

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Péceli Gábor

    egyetemi tanár

    MIT

    Dr. Sujbert László

    egyetemi adjunktus

    MIT

    Dr. Tóth Csaba

    egyetemi adjunktus

    MIT

    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

    A tárgy elsősorban alapvető rendszerelméleti és informatikai ismeretekre épít.

    6. Előtanulmányi rend
    Ajánlott:

    A tárgy anyagának elsajátítását könnyíti a vimm3244 �Beágyazott információs rendszerek�, vagy a vimm5157 �Beágyazott rendszerek tervezése� tárgyak anyagának előzetes ismerete.

    7. A tantárgy célkitűzése

    A tantárgy célja a fizikai-biológiai-kémiai környezetükkel aktív, valós-idejű információs kapcsolatban álló, ún. beágyazott számítógépes rendszerekre vonatkozó rendszerelméleti és informatikai ismeretek elmélyítése, valamint az ehhez a területhez tartozó legújabb kutatási irányok bemutatása.

    A beágyazott rendszerek szolgáltatásai heterogén építő-elemek autonóm együttműködése révén valósulnak meg. Az ilyen rendszereket a befogadó természetes környezet és a mesterségesen létrehozott hardver és szoftver komponensek nagymértékű szimbiózisa jellemzi. Ahhoz, hogy a beágyazott rendszerek információs folyamatait érdemben kézben tudjuk tartani, egy hasonló jellegű szimbiózist kell létrehoznunk az egyes fizikai és logikai komponensek modelljei és tervezési eszközei között is. Mindezek során az építő-elemekkel szemben sok tekintetben újszerű követelményeket állítunk, amelyek részben a meglévő eszközök és módszerek újszerű kombinációival elégíthetők ki, de részben új kutatási irányokat is életre hívnak mind a rendszerelmélet, mind az információ technológia szerteágazó területein.

    A tárgyat elsősorban azoknak ajánljuk, akik kutatási programja közel áll a beágyazott rendszerek témaköréhez, és egy tárgy keretei között szívesen csatlakoznak ahhoz a műhelymunkához, amely a Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszéken működő MTA �Beágyazott rendszerek informatikája� kutatócsoportban folyik.

    8. A tantárgy részletes tematikája
    1. Ütemezés és szinkronizáció (3 hét)
    2. Ez a fejezet a valós idejű ütemezés és a szinkronizáció azon módszereit és eszközeit tekinti át, amelyek eredményesen használhatók beágyazott rendszerekben: (1) Alapvető ütemezési algoritmusok (statikus és dinamikus prioritásos, rate-monotonic, earliest-deadline-first, least-laxity, stb.); (2) Ütemezés korlátozott erőforrások esetén (az alapvető eljárások jellemzése); (3) Adaptív ütemezési eljárások (ütemezés különböző szolgáltatási szintek biztosítása mellett); (4) Ütemezés elosztott rendszerekben (probléma felvetések, lehetséges megoldások); (5) szinkronizáció elosztott rendszerekben (szinkron és aszinkron rendszerek sajátosságai, lokálisan szinkron, globálisan aszinkron rendszerek).

    3. Valós-idejű kommunikáció (3 hét)
    4. Ez a fejezet a következő témaköröket mutatja be, ill. elemzi a beágyazott rendszerek szempontjából: (1) Kommunikáció egy rendszeren belül (�Very local� hálózatok, pl. I2C, D2B, SPI); (2) Kommunikáció szorosan együttműködő rendszerek között (Valós idejű működés, nagyon nagy megbízhatóság); (3) Kommunikáció autonóm rendszerek között (A hagyományos hálózatok területe). A hagyományos kommunikáció problémái és tipikus megoldásai (TDM, token, �best effort�); (4) A beágyazott rendszerek kihívása (Korlátozott erőforrások, valós idejű működés, megbízhatóság, biztonság, hatékonyság, monitorozhatóság); (5) Eseményvezérelt rendszerek (Ez a szokásos hálózati megközelítés, pl. field bus hálózatok); (6) Idővezérelt rendszerek (TDM-szerű megközelítés; példa: TTP); (7) Hibrid megoldások (Hogyan lehet a kétféle módszert ötvözni?).

    5. Hibrid rendszerek (2 hét)
    6. Ez a fejezet azon szakaszosan folytonos, dinamikus rendszerek leírásának eszközeit mutatja be, amelyek diszkrét időpontokban bekövetkezett állapotváltozások (pl. üzemmód-váltás, vagy hirtelen meghibásodás) következtében kerülnek új működési pályára. Ennek keretében bemutatásra kerülnek: (1) átkapcsolható szabályzó rendszerek (switching control systems), valamint (2) az átkapcsolási jelenségeket kísérő tranziensek csökkentésének lehetőségei (transient management).

    7. Kooperatív jelfeldolgozás (3 hét)
    8. Ez a fejezet a viszonylag nagyobb számú érzékelőt és beavatkozót tartalmazó, elosztott, lokálisan elérhető erőforrásait tekintve korlátozott, de ennek ellenére intelligens szolgáltatásokat nyújtó beágyazott rendszerek jelfeldolgozási kérdéseivel foglalkozik. Ennek keretében bemutatja (1) a mérési pontosság megadásának lehetőségeit elosztott érzékelés és feldolgozás esetén, (2) a kommunikáció időtartamának időbeni ingadozása (jitter) okozta jelfeldolgozási problémákat, valamint (3) az elosztott feldolgozás adaptívvá tehető elemeit. A fejezet tárgyalja azokat a jelfeldolgozási módszereket is, amelyekkel az elosztott működés robusztussá tehető.

    9. Modellezés és implementáció (3 hét)

    A beágyazott rendszerek működtető szoftvereinek megírása egyre nagyobb arányban egymással kölcsönhatásban lévő, konkurrens komponensek összekombinálását jelenti. Ehhez kapcsolódva ez a fejezet bemutatja (1) a tervezési minták és keretek, (2) az architektúra leíró nyelvek és a programozási nyelvek szerepét, valamint (3) azokat a számítási modelleket (models of computation), amelyek a beágyazott rendszerek leírásánál és implementálásánál szerepet játszhatnak. A fejezet kitér a modellezést támogató eszközök kialakításának kérdéseire is (modellezési nyelvek, metamodellezés).

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

    (előadás, gyakorlat, laboratórium):

    előadás

    10. Követelmények

    a. A szorgalmi időszakban:

    A félév során egy nagyzárthelyi és egy házi feladat, amelynek keretében a hallgatók ütemezési és szinkronizációs problémákat oldanak meg valós idejű kommunikációt igénylő, ill. jelfeldolgozási feladatokhoz kapcsolódóan.

    b. A vizsgaidőszakban: szóbeli vizsga

    1. Elővizsga: nincs
    11. Pótlási lehetőségek

    Egy alkalommal pótzárthelyi a szorgalmi időszakban, és további egy alkalommal a vizsgaidőszak első három hetében.

    12. Konzultációs lehetőségek

    Az előadásokon egyeztetett időpontban.

    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    A zárthelyire, ill. a vizsgára való felkészülést sokszorosított előadásvázlatok segítik.

    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

    (a tantárgyhoz tartozó tanulmányi idő körülbelüli felosztása a tanórák, továbbá a házi feladatok és a zárthelyik között (a felkészülésre, ill. a kidolgozásra átlagosan fordítandó/elvárható idők félévi munkaórában, kredit x 30 óra, pl. 5 kredit esetén 150 óra)):

     

    Kontakt óra

    60

    Félévközi készülés órákra

    15

    Felkészülés zárthelyire

    10

    Házi feladat elkészítése

    40

    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása

    -

    ..

    -

    Vizsgafelkészülés

    25

    Összesen

    150

    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Péceli Gábor

    egyetemi tanár

    MIT

    Dr. Sujbert László

    egyetemi adjunktus

    MIT

    Dr. Tóth Csaba

    egyetemi adjunktus

    MIT