De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

Slide 1Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers RTPReal-Time Programmatuur Programmatuur voor real-time controle Yolande Berbers Departement.

Verwante presentaties


Presentatie over: "Slide 1Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers RTPReal-Time Programmatuur Programmatuur voor real-time controle Yolande Berbers Departement."— Transcript van de presentatie:

1 slide 1Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers RTPReal-Time Programmatuur Programmatuur voor real-time controle Yolande Berbers Departement Computerwetenschappen 200A

2 RTP slide 2Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers 2 groepen n cursus voor 2 groepen u gecombineerd vak, samen met l Processoren voor real-time systemen (1.5 su.) l Processoren en programmatuur voor real-time systemen: geïntegreerd practicum (3 su.) s 2e Burg. W.E.Ir., Mechanica: Mechatronica en productontwikkeling (gewoon en 2ji.i.) s voorkennis: Methodiek van de Informatica, Programmatuur: Ontwerp en Ontwikkeling u alleenstaand keuzevak s 3e burg. elektr. ir.,3e burg. w.e.ir., elektrotechniek, keuze s voorkennis: Methodiek van de Informatica, Informatie- en programmastructuren

3 RTP slide 3Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers 2 groepen n verschillen tussen 2 groepen u gecombineerd vak l er zijn practicasessies en een ander onderdeel l alternatief examen (reeds uitgelegd door H. Bruyninckx) u alleenstaand keuzevak l dit vak voorziet 3 oefenzittingen s deze moeten nog gepland worden s voorkeur weken 10, 11, 12 l klassiek examen (zie verder)

4 RTP slide 4Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers cursusnota’s n boek: u Real-Time Systems and Programming Languages u Alan Burns, Andy Wellings u third edition, 2001 u Addison-Wesley n slides: u Deze zijn te vinden op het web, via mijn home-pagina: l u huidige versie van slides (op het net) is ± die van vorig jaar u bij lesvoorbereidingen pas ik die heel regelmatig aan

5 RTP slide 5Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers praktische organisatie n les dinsdag uur en woensdag uur u 8u25 is een erg vroeg uur ! n uurrooster u week 8 (volgende week) ben ik in het buitenland u les loopt dus door tot week 12 n ik geef zelf de oefenzittingen

6 RTP slide 6Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers doelstellingen van de cursus n inzicht verwerven in problematiek v. real-time systemen: u basisvereisten van real-time systemen u moeilijkheden bij de realisering n studie van mogelijke aanpakken u aangewende software concepten bv samenwerkende processen, atomische acties u specifieke mogelijkheden geboden door programmeertalen bv exceptions in Ada u specifieke mogelijkheden geboden op systeemniveau bv tijdsbehandeling, scheduling n het is niet de bedoeling om van jullie Ada-, C- of Java-programmeurs te maken !!

7 RTP slide 7Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers waar ik belang aan hecht n inzicht hebben n begrijpen van de concepten n begrijpen waarvoor de concepten dienen (dus de problematiek goed begrijpen) n kunnen toepassen van concepten n oplossingen kunnen vergelijken

8 RTP slide 8Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers klassiek examen (alleenstaand keuzevak) n deel 1: open boek ex (= boek + kopieën transparanten) u mondeling met schriftelijke voorbereiding u de tijd is beperkt: 2 uur u vraag 1 l peilt naar inzicht in de cursus l overzichtsvraag l combinatie van 2 of meer delen uit de cursus u vraag 2 l oefening n deel 2: gesloten boek examen u peilt naar terminologie-kennis u 6 kleine vragen waarvan 5 moeten beantwoord worden

9 RTP slide 9Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers goed om te weten voor het examen n ‘vergelijk x en y’ niet: bespreek achter elkaar eerst x en dan y, wel: bespreek x en y zodat ze vergelijkbaar worden (dus volgens hetzelfde stramien) en vergelijk ze dan n precieze syntax van een programmeertaal is niet van belang voor het examen, wel de semantiek (=wat is het effect van bepaalde constructies) n het examen is geen défilé: jeans & t-shirts zijn welkom !

10 RTP slide 10Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers alternatief examen (geïntegreerd pract.) n vragen bij de gekozen oplossingen u peilen natuurlijk ook naar inzicht in de cursus u peilen naar waarom bepaalde keuzes gemaakt werden u vragen welke alternatieven overwogen werden u kijken of men begrijpt op welk niveau de verschillende problemen en oplossingen zich situeren u peilen onrechtstreeks naar terminologie kennis

11 RTP slide 11Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers vereiste voorkennis n basiskennis programmeren (Java ) u Methodiek van de informatica (MI) u en verder l OF: Programmatuur, ontwerp en ontwikkeling (POO) l OF: Informatie- en programmastructuren (IPS)

12 RTP slide 12Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers overzicht van de cursus n karakteristieken v. real-time en embedded systemen (H1) n kort overzicht van Ada, C, en Java (H3 en H4) u met extra slides over hun geschiktheid voor real-time/embedded n aspect betrouwbaarheid u betrouwbaarheid en fouttolerantie (H5) u behandeling uitzonderingstoestanden in programmeertalen (H6) n aspect parallellisme u programmeren van ‘parallelle’ modules (H7) u synchronisatie en communicatie met gedeeld geheugen (H8) u synchronisatie en communicatie zonder gedeeld geheugen (H9)

13 RTP slide 13Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers overzicht van de cursus (vervolg) n combinatie betrouwbaarheid en parallellisme u atomaire acties (H10) u het beheren van hulpmiddelen (H11) n aspect tijd u tijdsbehandeling in systemen (H12) u scheduling (H13) n gedistribueerde systemen (H14) n laag-niveau programmatie (H15) n RTOS: real-time besturingssystemen

14 RTP slide 14Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers relatie cursus - boek n ik probeer zoveel mogelijk het boek te volgen u maar natuurlijk leg ik eigen accenten n het aspect ‘programming languages’ komt in het boek uitgebreider aan bod dan ik nodig acht voor jullie u we zullen vooral de voorbeelden van Ada bekijken, ook die van C en Java, maar niets van occam2 n normaal geven de slides goed weer wat er gezien werd u huidige versie van slides (op het net) is ± die van vorig jaar u bij lesvoorbereidingen pas ik die heel regelmatig aan

15 slide 15Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers RTPReal-Time Programmatuur hoofdstuk 1: inleiding tot real-time en embedded systemen

16 RTP slide 16Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers overzicht n wat is een real-time systeem ? n wat is een embedded systeem ? n concrete voorbeelden n verschillen types van real-time & embedded systemen n kenmerken van real-time & embedded systemen n economisch belang

17 RTP slide 17Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers wat is een real-time systeem? n een computersysteem dat moet u reageren op externe stimuli u binnen een eindige en wel bepaalde tijd n de correctheid van het systeem u niet alleen afhankelijk van het logische resultaat u ook van het tijdstip waarop dat resultaat gegeven werd n niet op tijd reageren is even erg als foutief antwoorden n in het Nederlands u ware-tijd-systemen

18 RTP slide 18Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers wat is een ingebed systeem? n ingebed systeem == embedded systeem n een product met processor en software u software is onlosmakelijk verbonden met het product u software wordt niet apart verkocht u software biedt vaak belangrijke toegevoegde waarde u product dat een welbepaalde functie vervult n zeer veel voorbeelden in de huidige consumentenmarkt n vaak is ingebed syst. deel van groter industrieel complex u computersysteem bewaakt en/of bestuurt externe apparatuur u voorbeelden uit boek komen meestal uit deze hoek

19 RTP slide 19Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers real-time systeem vs ingebed systeem n een ingebed systeem reageert op externe stimuli u deze reacties moeten vaak in real-time gebeuren n ingebedde systemen en real-time systemen u veel gelijkaardige karakteristieken n in het boek u real-time system == embedded system

20 RTP slide 20Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers voorbeelden van RT & ES u hoofdcomponenten van globale infrastructuur l al onze energiebronnen hangen af van embedded systemen (olie, gas, nucleaire energie) l vliegtuigen vliegen, schepen varen, allemaal gebaseerd op embedded systemen l voedsel, drank, zuiver water komen hoofdzakelijk van processen die afhankelijk zijn van embedded systemen u de farmaceutische industrie gebruikt embedded systemen om medicijnen te produceren en te creëren u embedded systemen zijn vitaal in autoproductie, nationale en internationale defensie, spoorwegen netwerken, medische uitrusting, telecommunicatie, radio en televisie,...

21 RTP slide 21Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers soorten real-time systemen n harde real-time - systemen: absolute noodzaak om te reageren binnen een deadline u bv een vlucht-controle systeem u wanneer de deadlines erg klein zijn en de mogelijke gevolgen catastrofaal, zijn dit zeer kritische systemen (bv het besturen van bomraketten) n zachte real-time - systemen: deadline is belangrijk, maar het systeem functioneert correct ook als een deadline ‘af en toe’ gemist wordt u bv het verzamelen van gegevens bij procescontrole u vaak vermindert de waarde van een reactie wanneer deze te laat komt (maar heeft geen catastrofale gevolgen)

22 RTP slide 22Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers soorten real-time systemen n wat gebeurt er wanneer een deadline gemist wordt u systeem faalt: hard real-time u waarde van resultaat vermindert: soft real-time u resultaat heeft geen waarde meer: firm real-time

23 RTP slide 23Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers soorten real-time systemen n een computer systeem kan zowel harde als zachte real-time subsystemen hebben n missen van een deadline u vaak: kost-functie geassocieerd met missen van een deadline u aangeven (in %) hoe vaak een deadline mag gemist worden

24 RTP slide 24Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers voorbeelden van RT systemen n real-time systemen voor proces-controle n real-time systemen in een productieomgeving n real-time systemen voor communicatie, bevel en controle n veralgemening: industrieel ingebed computersystemen

25 RTP slide 25Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers voorbeelden: proces-controle n real-time systeem voor proces-controle u eenvoudig voorbeeld: zorgen voor een gelijke stroming in een pijpleiding, door controle van een klep l de hoek van de klep moet aangepast worden aan de veranderingen van de inputstroming l dit moet gebeuren binnen een bepaalde tijd, of anders zal de apparatuur aan het einde van de pijp overbelast worden l dit kan best veel rekenwerk vragen

26 RTP slide 26Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers example: simple valve control flow meter valve time interface input flow reading processing output valve angle

27 RTP slide 27Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers voorbeelden: proces-controle n proces-controle: algemene kenmerken u interactie met uitrusting u gebruik van sensoren en actuatoren u gebruik van transducers: genereren een elektrisch signaal evenredig met een fysische gemeten waarde u gebruik van analoge - digitaal (en digitaal - analoog) convertoren

28 RTP slide 28Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers general process control process control computer stirrer valve temperature transducer operators console chemicals and materials finished products a process control system

29 RTP slide 29Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers voorbeelden: productieomgeving n real-time systeem in een productieomgeving u gebruik van een variatie van mechanische tuigen (werktuigen, robots, lopende banden), l werking moet gecoördineerd en gecontroleerd worden l vaak een groot aantal losgekoppelde systemen u automatisering van allerhande handelingen l verlaagt de productiekost l verhoogt de productiviteit u integratie van het volledige productieproces, van ontwerp van een product tot fabricatie

30 RTP slide 30Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers general manufacturing production control computer conveyor belts machine tools manipulators operators console parts finished products a production control system

31 RTP slide 31Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers voorbeelden: comm., bevel en controle n real-time systemen voor communicatie, bevel en controle u militaire term, veel toepassingen met zelfde karakteristieken u voorbeelden: automatische bediening van medische toestellen, luchtverkeer controle, vliegtuigreservaties, bankoperaties per terminal u kenmerken: l ingewikkelde beslissingsregels l verzamelen van informatie s grote hoeveelheden s vaak geografisch verspreid l administratieve procedures

32 RTP slide 32Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers communicatie, bevel en controle a command and control system command and control computer temperature, pressure, power and so on terminals sensors/actuators command post

33 RTP slide 33Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers voorbeelden: veralgemening n veralgemening: industrieel ingebed computersystemen u directe interface met fysische wereld u sensoren die op regelmatige tijdstippen informatie geven u meestal ook een console l operator krijgt uitgebreide informatie (vaak grafisch) l operator kan manueel ingrijpen l toestandsveranderingen in het systeem worden in een gegevensbank bijgehouden voor analyse en het nemen van beslissingen

34 RTP slide 34Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers industrial embedded system operator’s console operator interface data retrieval and display data logging algorithms for digital control interface remote monitoring display devices engineering system real time clock database

35 RTP slide 35Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers vb van ingebedde systemen n wasmachine u één specifieke taak, beperkte functionaliteit u weinig flexibel u goedkoop, massaproductie n postsorteermachine u één specifieke taak, uitgebreide maar overzienbare functionaliteit u geen massaproductie n communicatiesysteem in wagen u zeer complex u goedkoop u zware real-time vereisten u laag vermogen gebruik u moet zeer flexibel zijn, open voor nieuwe toepassingen

36 RTP slide 36Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers vb van ingebedde systemen n ADSL switching center u in centraal punt 20 tot 50 ADSL lijnen op een ATM netwerk u zware real-time vereisten u zeer hoge snelheid nodig u laag vermogen gebruik n MPEG-4 decoder u zeer complex u zeer hoge snelheid nodig u laag vermogen gebruik (bv in draagbare videospelletjes)

37 RTP slide 37Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers kenmerken van een RTS n groot en complex u niet gewoon proportioneel met het aantal lijnen code u gerelateerd aan de variëteit die in de code voorkomt u verandert continu omdat de omgeving continu verandert l situaties veranderen l noden veranderen u nood aan continu onderhoud u kan variëren van enkele honderden lijnen assembler of C tot 20 miljoen lijnen Ada-code (geschat voor het ruimtestation ISS)

38 RTP slide 38Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers kenmerken van een RTS n manipulatie van reële getallen u veel RT systemen controleren een industriële activiteit u bv.: controller gebaseerd op feedback l gecontroleerde entiteit heeft een vector van output variabelen, die veranderen in de tijd l outputs worden vergeleken met het gewenste signaal l verschil wordt gebruikt om de input variabelen bij te sturen u controle gebaseerd op mathematisch model van proces l complex, vaak gebaseerd op differentiaal vergelijkingen

39 RTP slide 39Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers kenmerken van een RTS n e.g.: controller (eventueel analoog), gebaseerd op feedback u r(t) is gewenst signaal u e(t) is foutenvector r(t) controller (analog) plant e(t) u(t) y(t) u u(t) is input vector u y(t) is output signaal

40 RTP slide 40Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers kenmerken van een RTS u realistischere figuur met een computer, discrete waarden (met *), en D/A en A/D convertoren u discipline: controle theorie u vereiste: vermogen om reële getallen te manipuleren r(t*) digital to analog converter plant u(t*) u(t) y(t) controller (computer) sample and hold y(t*)

41 RTP slide 41Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers kenmerken van een RTS n extreem betrouwbaar en veilig u meer en meer vitale functies in de samenleving worden toevertrouwd aan computer systemen l slecht functionerende systemen kunnen catastrofaal zijn s vaak zijn mensenlevens gemoeid –bv kerncentrales s kan ook extreem kostelijk zijn u voorbeeld van zeer kostelijke faling: Ariane 5, zie volgende slides

42 RTP slide 42Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers voorbeeld: ontploffing Ariane 5 n eerste lancering van Ariane 5 op 4 juni 1996: na 37 sec. u boordcomputer denkt dat raket zwaar uit koers is u boordcomputer geeft sterk bijstuurcommando u boordcomputer oordeelt dat dit niet voldoende is, en schakelt zelfs de hoofdmotor in u raket kantelt, bovendeel scheurt los, zelfvernietigingsdozen doen het geheel ontploffen

43 RTP slide 43Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers voorbeeld: ontploffing Ariane 5 n wat liep er mis u het Inertial Reference System (SRI) berekent de houding en de bewegingen van de raket, op basis van bepaalde metingen u deze metingen worden doorgegeven aan de boordcomputer, die in functie hiervan stuurbeslissingen neemt u vóór de lancering berekent een zekere module in het SRI die houding tov het lanceerplatform u na lancering heeft die bepaalde module geen betekenis meer u die module werd gestopt ongeveer 40 sec. na lancering l voor Ariane 4, om count-down te kunnen “pauzeren” u behouden in Ariane 5: verander geen goedwerkende software u in die code staat een conversie van een 64-bit floating point getal naar een 16-bit integer

44 RTP slide 44Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers voorbeeld: ontploffing Ariane 5 n wat liep er mis (vervolg) u Ariane 5 stijgt anders op van Ariane 4: traject is verschillend u na de lancering gebeurde er een conversiefout: het 64-bit floating point getal had een onverwachte grote waarde u de toepassing crashte, een 2de computer werd ingeschakeld u deze 2de computer bevatte dezelfde software, dus crashte ook u door de crash werd een diagnose bit-patroon naar de boordcomputer gestuurd, die dit als gegevens interpreteerde, en besloot dat er drastisch bijgestuurd moest worden, met alle gevolgen van dien n gebruikte programmeertaal: Ada

45 RTP slide 45Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers voorbeeld: ontploffing Ariane 5 n hoe had dit kunnen vermeden worden u fouten door conversies, evenals andere fouten zoals delingen door 0, kunnen opgevangen worden in specifieke stukken code (zie H6) l dit gebeurde niet voor de instructie die crash veroorzaakte u de fout had via simulaties kunnen gevonden worden l maar in de simulaties draaide die module niet na lancering

46 RTP slide 46Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers karakteristieken van een RTS n verschillende software componenten zijn gelijktijdig actief u de apparaten in de omgeving werken gelijktijdig u deze gelijktijdigheid wordt het best gerealiseerd door gelijktijdig uitvoerende software componenten u meer en meer real-time systemen zijn gedistribueerde systemen u dit vraagt ondersteuning van programmeertalen en/of systemen

47 RTP slide 47Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers karakteristieken van een RTS n omgang met ‘tijd’ u responstijd is van groot belang u deadlines moeten in alle omstandigheden gehaald worden l worst-case moet gekend zijn l voorspelbaarheid van responstijd is cruciaal l real-time systemen worden altijd over-gedimensioneerd u taal en systeem moeten toelaten om tijd te specifiëren, deadlines te specifiëren, om te reageren wanneer een deadline niet gehaald zal worden

48 RTP slide 48Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers karakteristieken van een RTS n interacties met hardware interface u aangesloten hardware: vaak niet de klassieke randapparaten u randapparaten moeten kunnen gestuurd worden, liefst op een abstracte manier n vereiste voor efficiënte implementatie en uitvoeringsomgeving u de tijdsvereisten kunnen zo streng zijn dat efficiëntie echt belangrijk wordt (vb DSP)

49 RTP slide 49Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers karakteristieken van een RTS n typische karakteristieken voor consumentenmarkt u goedkoop l beperkt geheugen l goedkopere processor u time-to-market is extreem laag u laag vermogen gebruik indien draagbaar

50 RTP slide 50Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers karakteristieken van een RTS: overzicht n ‘ groot en complex n manipuleren reële getallen n extreem betrouwbaar en veilig n verschillende software componenten zijn gelijktijdig actief n omgang met ‘tijd’ n interacties met hardware interface n vereist efficiënte implementatie en uitvoeringsomgeving

51 RTP slide 51Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers economisch belang n ingebedde systemen: u voor elke PC zijn er ongeveer 50 ingebedde systemen u PC-markt heeft een plateau bereikt, markt voor ingebedde systemen kan nog enorm groeien n belang voor Vlaanderen u groot deel van software dat in Vlaanderen gemaakt wordt is voor ingebedde systemen u Vlaanderen is derde ‘super-high-tech region’ in Europa (na Rheinland-Phals en Hessen) volgens Eurostat studie n belang voor Europa u VS hebben groot deel van ‘packaged software’ markt u Europa heeft en kan nog groeien in markt ingebedde systemen

52 RTP slide 52Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers n belang voor Europa u VS hebben groot deel van ‘packaged software’ markt (zie volgende slide) u top 10 software verkopers in de wereld: l Microsoft l Oracle l Computer Ass. Int. l Novell l SAP AG u Europa kan nog kan nog groeien in markt ingebedde systemen l Sybase l Adobe systems l Informix l American Management Systems l Sterling Software economisch belang

53 RTP slide 53Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers economisch belang


Download ppt "Slide 1Programmatuur voor real-time controleYolande Berbers RTPReal-Time Programmatuur Programmatuur voor real-time controle Yolande Berbers Departement."

Verwante presentaties


Ads door Google