Sistemas Tempo-Real

Ano letivo 2013/2014

 

Universidade de Aveiro
Disciplina opcional do 5º ano dos cursos:
Código da disciplina: 41475

Índice:



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Docente

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Horário

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Enquadramento, objectivos e organização

Os sistemas de tempo-real desempenham um papel crucial nas sociedades modernas, suportando áreas aplicacionais tais como controlo de centrais nucleares, controlo de indústrias químicas, sistemas aviónicos, sistemas de controlo de tracção, motor e travagem em automóveis, controlo de tráfego aéreo, marítimo, ferroviário e rodoviário, sistemas de telecomunicações, automação industrial, robótica, sistemas de defesa militar, missões espaciais, etc..

Embora o leque de aplicações seja vasto, muitas das quais são aplicações críticas em termos de segurança, as abordagens tipicamente usadas no desenvolvimento de sistemas de tempo-real baseiam-se em técnicas de programação empíricas e de baixo nível, sem o suporte de uma metodologia científica precisa. A consequência desse facto é uma menor fiabilidade que, em tais aplicações críticas, pode causar sérios danos a equipamento, ambiente e até mesmo a vidas humanas.

Por outro lado, a recente grande difusão de aplicações interactivas, como os sistemas de realidade virtual ou genericamente os sistemas multimedia, veio alargar substancialmente o leque de aplicabilidade dos sistemas de tempo-real. Emboras estas aplicações não sejam críticas em termos de segurança, o cumprimento das respectivas restrições temporais tem um impacto directo no respectivo desempenho.

Esta proliferação de aplicações com restrições temporais veio aumentar significativamente o interesse nos sistemas operativos de tempo-real, sendo hoje comum encontrar referências por exemplo a sistemas como Real-Time Linux.

A disciplina que se propõe foca quatro aspectos essenciais:

A organização proposta está baseada em duas componentes, teórica e prática. A primeira será essencialmente expositiva mas recorrendo a exemplos práticos e momentos de discussão. A segunda fará uso de vários sistemas operativos e/ou executivos tempo-real de domínio público ou disponíveis para ensino (e.g. RT-Linux, RTAI, FreeRTOS, SHaRK, VxWorks, ReTMiK) bem como de um conjunto de plataformas para sistemas embutidos (baseadas em microcontroladores PIC18, PIC32 e ARM) e incluirá uma primeira série de trabalhos práticos essencialmente ilustrativos, sendo seguida pelo desenvolvimento de um projecto.

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Tópicos, planificação e slides das aulas teóricas

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Regras de avaliação

Avaliação das aulas práticas

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Bibliografia

(Todos estes livros existem na biblioteca da UA)

referências preferenciais:

outras referências:

  • Veríssimo, P. and L. Rodrigues (2001). Distributed Systems for System Architects. Kluwer Academic Publishers.
  • Liu, J.W.S. (2000). Real-Time Systems. Prentice Hall.
  • Briand, L. and D.M. Roy (1999). Meeting Deadlines in Hard Real-Time Systems: the Rate-Monotonic Approach . IEEE Computer Society Press, Los Alamitos (CA), USA.
  • Stankovic, J. et al. (1998). Deadline Scheduling for Real-Time Systems: EDF and Related Algorithms. Kluwer Academic Publishers.
  • Krishna, C.M. and K. Shin (1997). Real-Time Systems. McGraw-Hill.
  • Laplante, P.A. (1997). Real-Time Systems Design and Analysis - An Engineer’s Handbook (2nd ed.). IEEE Press.
  • Nissanke, N. (1997). Real-Time Systems. Prentice Hall.
  • Welling, A. and A. Burns (1996). Real-Time Systems and Their Programming Languages (2nd ed.). Int. Computer Science Series, Addison-Wesley.
  • Motus, L. and M.G. Rodd (1994). Timing Analysis of Real-Time Software. IEEE Press.
  • Klein, M. et al. (1993). A Practitioner’s Handbook for Real-Time Analysis: Guide to Rate-Monotonic Analysis for Real-Time Systems. Kluwer Academic Publishers.

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Temas / artigos para discussão nas aulas teóricas

  • Embedded Linux: With friends like these, who needs enemies? (http://www.ghs.com/download/articles/GHS_with_friends_like_these_may1_08.pdf)
  • Overview of RTOS (http://jla.sagepub.com/content/12/1/40.full)
  • Xu e Parnas, "Priority Scheduling versus Pre-run-time Scheduling", Journal of Real-Time Systems,18:7-23, 2000 (http://www.cse.yorku.ca/~jxu/RTS00.pdf)
  • Mars Pathfinder: the priority inversion problem (http://home.eng.iastate.edu/~zzhang/teaching-materials/cpre211-s07/lectures/mars_robot.pdf; http://retis.sssup.it/~marko/2009/mars_explorer.pdf)
  • Uso de Xenomai em aplicações médicas (http://www.denx.de/en/pub/News/Xum2009AbstractsAndPresentations/Linux-Xenomai_for_Magnetic_Resonance_Scanners.pdf)
  • Reinhold Heckmann Christian Ferdinand, "Worst-Case Execution Time Prediction by Static Program Analysis", AbsInt Angewandte Informatik GmbH (http://www.absint.com/aiT_WCET.pdf)
  • O RTOS Erika (http://www.evidence.eu.com/products/erika-enterprise.html)
  • M. Barr. Embedded, Apr 2010. "Five Top Causes of Nasty Embedded Software Bugs" (http://www.embedded.com/design/prototyping-and-development/4008917/Five-top-causes-of-nasty-embedded-software-bugs)

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Materiais para as aulas práticas

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Mini-projectos

Artigo colectivo

Lista de mini-projectos

  • 1- Pêndulo invertido em robô movel (DETPIC32 + FreeRTOS)
  • 2- Jogo "Parede" em Xenomai + Linux
  • 3 - Jogo "Whack-a-mole" em Xenomai + Linux
  • 4 - Bola no plano * 2 (DETPIC32 + FreeRTOS)
  • 5 - Bola na calha (DETPIC32 + FreeRTOS)
  • 6 - Plotter 2D (DETPIC32 + FreeRTOS)
  • 7 - Interface tempo-real para sensores inerciais + demonstrador (DETPIC32 + FreeRTOS + Xenomai + Linux)

Materiais de apoio para os mini-projectos

Nota: não negligenciar o livro de registos

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Indicações para a apresentação dos trabalhos práticos e relatório

As apresentações dos trabalhos práticos decorrerão na última aula prática e serão organizadas em blocos de 10 min por grupo. Durante esse tempo, cada grupo deverá efectuar uma breve apresentação, cerca de 5 min., seguida de demonstração. A apresentação não deverá ter mais de 4 a 5 slides ou transparências sobre: 1-objectivo/problema, 2-aspectos específicos (e.g. dinâmica do processo, técnica de controlo), 3-abordagem (e.g. organização em tarefas, tipos, períodos), 4-resultados, 5-ponto da situação.

O relatório deverá ser entregue até ao dia 8 de Janeiro de 2014 e está limitado a 4 páginas, excluíndo eventuais anexos técnicos. O respectivo formato deverá obedecer às seguintes indicações: folha de capa com nome da disciplina, do docente, do ano lectivo, do trabalho e dos autores, texto em coluna simples, espaçamento simples entre linhas, tipo de letra TimesNewRoman tamanho 11 ou 12, margens laterais de 2,5cm e indicação do número de página no rodapé. A respectiva estrutura deverá seguir os pontos acima referidos para organizar a apresentação. O objectivo do relatório é o de explicar a abordagem usada na resolução do problema proposto bem como os resultados obtidos. Será também o sítio indicado para salientar os detalhes considerados relevantes e que poderiam ter passado despercebidos na apresentação. 

No caso do trabalho não estar concluído na data da apresentação, esta deverá mostrar o estado actual podendo haver uma nova apresentação a realizar perto da data da entrega do relatório.

Conforme prometido (ver regras de avaliação), haverá uma verificação dos livros de registo!

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