Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

Министерство образования Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный электротехнический
университет “ЛЭТИ”
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины
СИСТЕМЫ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ
Для подготовки дипломированных специалистов
по направлению 654600 – “Информатика и вычислительная техника”
по специальности 220400 – “Программное обеспечение вычислительной техники и
автоматизированных систем”
Санкт-Петербург
2001
Санкт-Петербургский государственный электротехнический
университет “ЛЭТИ”
“УТВЕРЖДАЮ”
Проректор по учебной работе
проф. ___________ Ушаков В.Н.
“_____”_______________2001 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины
СИСТЕМЫ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ
Для подготовки дипломированных специалистов
по направлению 654600 – “Информатика и вычислительная техника”
по специальности 220400 – "Программное обеспечение вычислительной техники и
автоматизированных систем”
Факультет компьютерных технологий и информатики
Кафедра математического обеспечения и применения ЭВМ
Курс – 5
Семестр – 9
Лекции
32 ч.
Текущий контроль
9 семестр
Лабораторные работы
16 ч.
Зачет
9 семестр
Аудиторные занятия
Самостоятельные занятия
Всего часов
48 ч.
52 ч.
100 ч.
2001
2
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры математического обеспечения и
применения ЭВМ “15” ноября 2001г., протокол № 4.
Рабочая программа согласована с рабочими программами изученных ранее дисциплин «Программирование», «Операционные системы».
Рабочая программа одобрена методической комиссией ФКТИ “15” ноября 2001г.
3
Цели и задачи дисциплины
1. Изучение базовых принципов функционирования и методов разработки систем
реального времени.
2. Формирование практических навыков организации вычислительных процессов в системах реального времени.
Рабочая программа согласована с рабочими программами изученных ранее дисциплин:
3. Операционные системы.
4. Программирование и основы алгоритмизации.
.
Требования к уровню освоения дисциплины
В результате изучения дисциплины студенты должны:
1. Знать принципы организации вычислительных процессов в цифровых информационно-управляющих системах, работающих в реальном масштабе времени, взаимосвязь программных и аппаратных средств в системах этого класса, методы управления
памятью, синхронизации взаимодействующих процессов, принципы контроля достоверности обработки информации в системах реального времени, основные теоретические
методы построения и анализа систем реального времени;
5. Уметь применять системные средства операционных систем при разработке
программ систем реального времени, рассчитывать и анализировать характеристики и показатели эффективности систем реального времени с позиции программиста-аналитика, использовать для программирования алгоритмические
языки уровня Си;
6. Иметь представление о характеристиках и функциях современных и перспективных операционных систем реального времени, проблемах и тенденциях их
развития.
Содержание рабочей программы
Введение.
Предмет и задачи дисциплины. Основные этапы развития информационноуправляющих систем реального времени(СРВ). Современный уровень развития систем
реального времени. Примеры типовых систем реального времени.
Содержание курса, его связь с другими дисциплинами учебного плана
Тема 1. Концепция процессов.
Имя, класс, алфавит, определение процесса. Система обозначений: префиксы, рекурсия, выбор, взаимная рекурсия. Законы. Реализация процессов. Протоколы. Операции
над протоколами: конкатенация, сужение, голова и хвост, звездочка, порядок, длина. Реализация протоколов. Протоколы процесса: законы, реализация, примеры. Спецификации:
соответствие спецификации, доказательства, примеры.
Тема 2. Взаимодействие процессов.
Взаимодействие: законы, реализация, протоколы. Примеры: алфавиты, поведение,
дедлок, бесконечный перехват. Ввод и вывод: примеры, реализация, спецификации.
4
Транспортеры: законы, реализация, замыкание, спецификации. Подчинение: законы, схема коммутаций. Последовательные процессы: законы, прерывания, катастрофы, перезапуск, чередование, контрольные точки, реализация. Разделяемые ресурсы: поочередное
использование, общая память, кратные ресурсы. Операционная система. Планирование
ресурсов.
Тема 3. Управление процессами в системах реального времени.
Процесс как единица декомпозиции в СРВ. Понятие об управлении процессами.
Состояния процесса, переход процесса из состояния в состояние. Операции над процессами. Основные управляющие структуры данных, приоритеты процессов. Основные средства ОС РВ для управления процессами – важные события, сигналы, семафоры, системные прерывания, системные функции, средства взаимодействия и синхронизации процессов, средства управление памятью, общая схема управления вводом-выводом.
Тема 4. Методы и средства межпотоковой и межпроцессной синхронизации.
Запуск процессов. Программные каналы. Функция pipe. Именованные и неименованные семафоры. Системные функции sem_wait, sem_trywait, sem_post, sem_getvalue.
Общая память. Таймеры, объявления данного события в заданное время. Потоки управления. Мьютексы. Примеры построения программ внутрипроцессной и межпроцессной синхронизации.
Тема 5. Системные средства управления прерываниями вычислительного процесса
в СРВ.
Основные типы прерываний – синхронные, асинхронные прерывания. Правила использования синхронных и асинхронных прерываний. Основные типы системных функций для управления прерываниями – разрешение или запрещение прерываний, прерывания по получению данных, прерывания по аварийному завершению процесса, прерывания
по вводу-выводу.
Тема 6. Организация очередей в системах реального времени.
Понятия об управлении процессами как об организации и обслуживании очередей. Планирование загрузки процессов. Критерии эффективности дисциплины планирования. Основные дисциплины организации очередей в СРВ и их характеристики. Многоуровневые очереди с обратными связями.
Тема 7. Архитектура ПО систем реального времени.
Управление памятью: страничная, сегментная, странично-сегментная память;
управление страничной памятью по запросам; явление пробуксовки в страничных системах и стратегия рабочего множества. Управление процессами: планировщик (изменение
состояния и формирование текущего приоритета), диспетчер (выбор процесса на выполнение). Ввод-вывод: процесс-драйвер; общая схема прохождения запросов вводавывода, логические каналы процесса.
Тема 8. Особенности отладки ПО в системах реального времени.
Этапность отладки: отладка процесса во взаимодействии с операционной системой, совместная отладка вычислительных процессов внутри ЭВМ, отладка процессов ввода-вывода с отдельными абонентами, комплексная отладка. Технологическое обеспечение
5
этапов отладки: встроенные программные имитаторы, использование технологической
ЭВМ для имитации внешних воздействий, динамический отладчик. Проблемы комплексной отладки ПО СРВ: невозможность обеспечения в процессе отладки внешних воздействий, адекватных всем возможным условиям эксплуатации; необходимость сохранения
технологических средств отладки на весь период эксплуатации ПО СРВ.
Тема 9. Оценка эффективности систем реального времени.
Надежность ПО: неисправность и отказ ПО, время наработки на отказ. Возможность модернизации: время разработки ПО и время эксплуатации без изменения абонентов. Трудоемкость разработки ПО: зависимость трудоемкости от требуемого времени наработки на отказ и приспособленности разрабатываемого ПО к модернизации.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Тенденции развития методов организации вычислительных процессов в системах
реального времени.
6
Перечень лабораторных работ
Номер
лаб.
работы
1
2
3
4
5
Наименование и содержание лабораторной работы
Номера
тем
Применение семафоров для межпотоковой и межпроцессной
синхронизации.
Применение таймеров для периодического запуска программ.
Применение сигналов для обработки исключительных ситуаций и асинхронных воздействий.
Применение механизма программных каналов и протоколов
ТСР и UDP для передачи данных
Применение механизма общей памяти для передачи данных
4,7,8
5,7,8
4,7,8
4,7,8
4,7,8
Распределение учебных часов по темам и видам занятий
№
темы
Объем учебных часов
Название разделов и тем
Введение
1
2
3
4
5
6
Концепция процессов
Взаимодействие процессов
Управление процессами в
системах реального времени
Методы и средства межпотоковой
и межпроцессной синхронизации.
Системные средства управления
прерываниями вычислительного
процесса в СРВ.
Организация очередей в системах реального времени
Лекции
1
3
2
6
Практ.
Занятия
Самост.
Работа
Семест
р
Аудит.
Занятия
1
3
2
6
4
6
6
1
7
8
12
9
9
Всего
9
9
4
8
12
10
22
9
6
2
8
8
16
9
4
4
8
9
8
6
14
9
2
8
10
9
2
9
100
9
4
7
Архитектура ПО систем реального времени.
8
2
Особенности отладки ПО в
системах реального времени
2
Оценка эффективности
систем реального времени
ИТОГО: 32
9
Лабор.
Занятия
2
6
2
16
7
48
52
ЛИТЕРАТУРА
Основная
№
Название, библиографическое описание
Л
Лр
Кп
(ð)
К-во экз.
в библ.
(на каф.)
Гриф
Мин. обр.
РФ
1
Э.Немет, Г.Снайдер, С.Сибас, Т.Хейн UNIX: руководство системного администратора. С-Пб.,
Питер, 2003г
9
28
2
Лисс А.Р., Селеджи Г.Ц., Селеджи С.М.
Программирование в системах реального
времени: Учеб. Пособие / ГЭТУ.-С.- Пб.,
1995
У.Стивенс. UNIX: взаимодействие процессов. СПб., Питер, 2002г
9
100
3
9
38
ГосКом
РФ по
высш.
обр.
Мин. обр.
РФ
Дополнительная
№
Название, библиографическое описание
К-во экз. в
библ. (на
каф.)
1
Ю.Вахалия UNIX изнутри. С-Пб., Питер,2003г
2
У.Стивенс. UNIX: разработка сетевых приложений. С-Пб., Питер, 2003г
Ф/б-2
3
Чан Т Системное программирование на С++ для UNIX. BHV Киев. 1999
0
4
Хоар Ч. Взаимодействующие последовательные процессы. М.: Мир,
1989.
0
8
0
Автор:
(с к.т.н.
Селеджи Г.Ц.
Рецензент
к.т.н., доцент
Татаринов Ю.С.
Зав. кафедрой математического обеспечения и применения ЭВМ
д.т.н., профессор
Декан факультета Компьютерных технологий и информатики
д.т.н., профессор
Лисс А.Р.
Герасимов И.В.
Программа согласована:
Зав. отделом учебной литературы
Смирнова О.Н.
Руководитель методического отдела
к.т.н., доцент
Марасина Л.А.
Председатель методической комиссии ФКТИ
к.т.н., доцент
9
Михалков В.А.