srv 2 aplikacije sistema realnog vremena - lejla-bm.com.ba · pdf filemotorom, abs sistem...
TRANSCRIPT
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
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
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.
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
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,...)
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Primjene Ugrađenih sistema
� 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
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
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...
Primjene Ugrađenih sistema
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Konvencionalni solarni panelSavremena mikrokontrolerska platforma solarnog panela
5
Primjene Ugrađenih sistema
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Primjeri mikrokontrolera u mobilnoj robotici
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
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
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Ugrađeni sistemi (eng. Embedded systems)
� Definicija 2: Embedded sistemi su računarsko bazirani sistemi ugrađeni u okviru drugog sistema, za koga obezbedjuju bolju funkcionalnost i performanse.
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Ugrađeni sistemi (eng. Embedded systems)
� 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
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
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!
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
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
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
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).
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
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
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
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
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
10
Cyber Sistemi
� Cyber� više od software� više od umrežavanja� više od ugrađenog
računarstva
� Cyber implicira integraciju� računarstvo� komunikacije� upravljanje
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Control
Communication
Computing
Fizički sistemi� Fizički sistemi–
prirodni sistemi i ljudski generisani sistemi, koji funkcinišu po zakonima fizike; operiraju u kontinulanom vremenu
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
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
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Multidisciplinarni pristup CPS
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
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
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Embedded i Real-Time Sistemi
� Cyber-fizički sistemi� Ugrađeni sistemi
� Hard real-time system
� Soft real-time system
� Real-Time sistemi – vremenska ograničenja
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
13
Arhitektura CPS-a
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Artificial Intelligence
Primjer strukture CPS-a
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
14
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
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
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
15
Stanford testbed autonomnog rotora za multi agent kontrolu (STARMAC)
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Kreiranje CPS sistema
� Iterativna procedura:� Modeliranje – specificira
šta sistem radi� Dizajn – kako sistem
izvršava svoju funkciju� Analiza – zašto radi to
što radi
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
16
Modeliranje CPS-a
� Dinamika kontinualnih sistema (diferencijalne jednačine)
� Dinamika diskretnih sistema (mašina konačnog stanja)
� Dinamika hibridnih sistema
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
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
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
17
Dizajn CPS-a
� Embedded procesori – imaju specificiranu funkciju
� Dizajn bez specifikacije ne može biti tačan ili pogrešan, može biti iznenađujući...
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Analiza
� Tehnike komparacije specifikacija� Odnosi modela, programerski jezici,
simulacijski rezultati� Kvantitativna svojstva softvera (vrijeme,
energija, memorija)� Formalna verifikacije modela i implementacija
Sistemi u realnom vremenu 2
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović