SRV 2 Aplikacije sistema realnog vremena - lejla-bm.com.ba · PDF filemotorom, ABS sistem kočenja, itd.pa do kamiona, vozova, ... Ako embedded sistem koristi operativni sistem to

1

Sistemi u realnom vremenu 2

Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović

Aplikacije sistema realnog vremena

Vanr.prof.dr. Lejla Banjanović-Mehmedović

Sistemi realnog vremena_1

Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović 2

Sadržaj izlaganja:

� Ugrađeni (embedded sistemi)� Cyber-fizički sistemi

2



Izazov se zove ugrađeni sistemi...� Revolucija 20. vijeka - u domenu ugrađenih

(embedded) sistema

� Embedded digitalna tehnologija je inkorporirana u sve vrste opreme i sistema, � koji se koriste za uvećanje funkcionalnosti� unapređenje operativnosti po nižim cijenama.



Ugrađeni sistemi� Primjeri proizvoda koji

koriste ugrađene sisteme:

� mobilni telefoni, MP3 plejeri, kablovski modemi, digitalnekamere, itd.

� industrijski roboti, automobili

� Embedded sistemi sunajčešće masovniproizvodi!

3

Sistemi u realnom vremenu 2 Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović

Primjene Ugrađenih sistema

Dojava alarma fiksnom telefonskom linijom

Dojava alarma SMS-om

Sigurnosne brave

� Alarmna zaštita

� Jednostavne kućne aplikacije (mikrovalne pećnice, veš-mašine,...)




� Svi uređaji kojima se upravlja daljinskimupravljačem

� upravljanje zagrijavanjem, kondiciniranjem zraka (HVAC sistemi)

� u proizvodnim jedinicama u robotici do sistema proizvodne automatizacije i kontrolnih sistema

4



Primjene Ugrađenih sistema� U medicini, djelimično u

dijagnostičkoj medicinskoj opremi,

� ... do inteligentnih uređaja koji se implementiraju u ljudsko tijelo

� Transport - moderni automobili imaju po barem jedan mikrokontroler, npr.mikrokontroleri upravljaju motorom, ABS sistemkočenja, itd. pa do kamiona, vozova, letjelica...




Konvencionalni solarni panelSavremena mikrokontrolerska platforma solarnog panela

5




Primjeri mikrokontrolera u mobilnoj robotici



Ugrađeni sistemi (eng. Embedded systems)

� Definicija 1: Embedded sistemi su računarski sistemi sa jako izraženom integracijom hardvera i softvera, prije svega namjenjeni da obavljaju specifične funkcije.

6




� Definicija 2: Embedded sistemi su računarsko bazirani sistemi ugrađeni u okviru drugog sistema, za koga obezbedjuju bolju funkcionalnost i performanse.




� Definicija 3: Embedded sistemi su sistemispecijalne namjene kod kojih je računar u potpunosti enkapsuliran od strane uredjajakoga on kontroliše.

� Nasuprot računaru opšte namjene, kakav je personalni računar (PC mašina), embedded sistem obavlja jedan ili veći broj unaprijeddefinisanih zadataka, obično sa veomaspecifičnim zahtjevima.

7



Ugrađeni sistemi� Evropa je svjetski lider

u embedded tehnologiji za:� Avioniku� Automobilsku industriju� Industriju� Komunikacije� Elektronsku industriju

� 90% svih kompjuterskih uređaja je u embedded sistemima a ne u desktop sistemima!



Ugrađeni sistemi� Tehnologija ugrađenih sistema je najbrži razvojni

sektor u IT danas!� Npr. ugrađena elektronika i softver učestvuju u

� 22% industrijskih automatizovanih sistema, � 41% korisničke elektronike, � 33% medicinske opreme!

8



Razlike između embedded sistema i mašina opšte namjene

1. Embedded sistemi su namjenjeni da obavljaju specifične zadatkedok se PC računari prvenstveno koriste kao računarske mašine opšte namjene.

2. Rad embedded sistema podržan je od strane širokog dijapazona procesora i procesorskih arhitektura.

3. Embedded sistemi treba da su jeftini. 4. Embedded sistemi imaju ograničenja koja se odnose na rad u

realnom vremenu:1. vremensko osjetljiva ograničenja (time sensitive constraints)2. vremensko kritična ograničenja (time critical constraints)

5. Ako embedded sistem koristi operativni sistem to obično mora biti RTOS (Real Time Operating System).



Razlike između embedded sistema i mašina opšte namjene

6. Implikacije softverskih grešaka su značajno ozbiljnije kod embedded sistema u odnosu na desktop sisteme.

7. Embedded sistemi se u velikom broju slučajeva izrađuju kao baterijsko napajani uređaji pa zbog toga je imperativ da se oni izvode kao sistemi sa minimalnom potrošnjom.

8. Embedded sistemi moraju da rade u ekstremnim ambijentnim uslovima.

9. Embedded sistemi imaju daleko manji broj ugrađenih sistemskih resursa u poređenju sa desktop sistemima.

10. Embedded sistemi čuvaju sav svoj objektni kod u ROM-u. 11. Embedded sistemi zahtjevaju korištenje specijalnih sredstava i

metoda za projektovanje. 12. Embedded mikroprocesori obično imaju implementirano

namjenska debugging kola (watchdog tajmeri, self-test kola, itd.).

9



Razvojna kros-platforma� Softver za embedded sistem se razvija na jednoj

platformi, a izvršava na drugoj. � Host sistem je sistem na kome se embedded

softver razvija. � Ciljni (target) sistem je embedded sistem koji se

razvija. U najvećem broju slučajeva, host i ciljni sistem nisu bazirani na istom procesoru.

� Glavno softversko razvojno sredstvo koje čini razvojnu kros-platformu mogućom predstavlja kros-kompajler. Kros-kompajler je kompajler koji se izvršava na jednom tipu procesorske arhitekture, a generiše objektni kod za drugi, različit tip procesorske arhitekture.

Cyber-fizički sistemi� Cyber-Physical Systems: interakcija cyber i fizičkih sistema� Primjeri: hirurgija srca, kooperacija vozila i okruženja, pametni

avioni� Zasjeniće IT revoluciju 20.vijeka� Terminologija CPS:

� 2006, Helen Gill, National Science Foundation USA� Korijeni: Kibernetika, Wiener 1948



10

Cyber Sistemi

� Cyber� više od software� više od umrežavanja� više od ugrađenog

računarstva

� Cyber implicira integraciju� računarstvo� komunikacije� upravljanje



Control

Communication

Computing

Fizički sistemi� Fizički sistemi–

prirodni sistemi i ljudski generisani sistemi, koji funkcinišu po zakonima fizike; operiraju u kontinulanom vremenu



11

Šta su Cyber-fizički sistemi� Cyber-Physical Systems-� integracija računarstva i komunikacionih

sposobnosti� real-time monitoring i upravljanje fizičkim

sistemima� integracija embedded hardware i računara� integracija embedded sistema i vještačke

inteligencije (Artificial Intelligence )� moraju biti pouzdani, sigurni, efikasni u

realnom vremenu



Multidisciplinarni pristup CPS



Real-time računarstvo

Embedded sistemi

Bežične senzorske

mreže

Teorija upravljanja

Signal procesiranje

Vještačka inteligencija

12

Aplikacije i sistemi CPS-a

� Procesno upravljanje, automatizacija u fabrikama

� Robotski proizvodni sistemi � Autonomna vozila i

inteligentni transportni sistemi� Elektronika i komunikacije� Pametne kuće, upravljanje

pametnim prostorima � Energija� Avio sistemi � Medicinski uređaji i sistemi



Embedded i Real-Time Sistemi

� Cyber-fizički sistemi� Ugrađeni sistemi

� Hard real-time system

� Soft real-time system

� Real-Time sistemi – vremenska ograničenja



13

Arhitektura CPS-a



Artificial Intelligence

Primjer strukture CPS-a



14



Robotski timovi i nano-tehnologija

Multirobotski sistem –izbjegavanje prepreka, identifikacija robota i

komunikacija

Roboti za nadgledanje zgrada sa komunikacionim modulima

EATR roboti koji će se u budučnosti koristiti za nanotehnologiju

STARMAC kvadrotor� Cilj : kooperacija više

vozila na zajedničkom zadatku� Upravljanje

pojedinačnim vozilom� Težina vozila, pogon� Interakcija sa

okruženjem (human-machine interface), lokalizacija, navigacija



15

Stanford testbed autonomnog rotora za multi agent kontrolu (STARMAC)



Kreiranje CPS sistema

� Iterativna procedura:� Modeliranje – specificira

šta sistem radi� Dizajn – kako sistem

izvršava svoju funkciju� Analiza – zašto radi to

što radi



16

Modeliranje CPS-a

� Dinamika kontinualnih sistema (diferencijalne jednačine)

� Dinamika diskretnih sistema (mašina konačnog stanja)

� Dinamika hibridnih sistema



Dizajn CPS-a

� Senzori i aktuatori� Arhitektura embedded procesora� Memorijska arhitektura� Ulazi i izlazi (digitalno/analogni interfejs)� Rad mikrokontrolera bez i sa RTOS sistemima� Bežične mreže



17

Dizajn CPS-a

� Embedded procesori – imaju specificiranu funkciju

� Dizajn bez specifikacije ne može biti tačan ili pogrešan, može biti iznenađujući...



Analiza

� Tehnike komparacije specifikacija� Odnosi modela, programerski jezici,

simulacijski rezultati� Kvantitativna svojstva softvera (vrijeme,

energija, memorija)� Formalna verifikacije modela i implementacija



Documents

SRV 2 Aplikacije sistema realnog vremena - lejla-bm.com.ba · PDF filemotorom, ABS sistem kočenja, itd.pa do kamiona, vozova, ... Ako embedded sistem koristi operativni sistem to