Voorlichting RTES 071119

Agenda
Specialisatie Real-time
Embedded Systemen
Intro
Doel
Planning
Op te leveren produkten
Inleiding en overzicht
Trends in embedded systemen
Karakteristieken
Overzicht vakgebied
Ontwikkeltraject en architectuur
Henk van Leeuwen, Jan Stroet, Ronald Tangelder
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
Voorjaar 2008
1
Introductie
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
Voorjaar 2008
2
Doel
Keuzemodule voor studenten van I en TI
Inzicht in realtime embedded en gedistribueerde systemen
• Karakteristieken
• Trends
• Ontwikkelproces en Architectuur
Verplicht voor studenten die specialisatiethema RTES
Module kent drie activiteiten voor studenten
- College inleiding RTES
- Practicum real-time gedistribueerde applicaties met Splice
- Practicum real-time object-georienteerd ontwerpen met Rose RT
- Practicum real-time operating systems met VxWorks
Vaardigheid in real-time modelering en applicatieontwikkeling
met concurrency
Vermogen zelfstandig een onderdeel van het vakgebied uit te
diepen
- Project
- Module gebruikt website http:/www.hio.hen.nl/specialisatie/rtes/
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
Voorjaar 2008
3
Real-time Embedded Systems ….
What’s in a name?
4
A real-time system is one that has performance
deadlines on its computations and actions.
- digitale polshorloges
- mobiele telefoons
- videorecorder
- copieerapparaat
- toegangscontrole
- robots
(B.P. Douglas in Doing Hard Time)
Dus niet :
Maar wel:
Op straat o.a
- Verkeersgeleiding
- Bewaking spoorwegovergang
In het ziekenhuis o.a.
- MRI scan
Etcetera
1
Voorjaar 2008
Real-time systems
In gebouwen o.a
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
iets snel doen
op tijd het juiste doen
Bij stimulus op tijdstip t0 moet de juiste actie gebeuren na t0 en voor t0 + deadline
Tijd
Voorjaar 2008
5
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
t0
t0 + delay +
computing-time
t0 + deadline
Voorjaar 2008
6
Real-time systemen
Real-time systemen
Systemen kunnen acties uitvoeren op basis van
events of stimulus
En/of door het bereiken van een voorgedefinieerde
tijd
Gebeurtenissen
sensor
In een reactief systeem of een event-driven systeem
worden acties veroorzaakt door reacties op externe
events.
Sensor
control
In een time-driven systeem acties worden
veroorzaakt door het verstrijken van tijd of het
bereiken van een bepaald tijdstip. Het systeem heeft
zijn eigen agenda.
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
Voorjaar 2008
7
actuator
Processor
actuator
actuator
Actuator
control
Logdatabase
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
Voorjaar 2008
8
Realtime systemen versus conventionele
informatiesystemen
Het bedienen van verschillende processen
t1+computing
t1
sensor
Display
Tijdigheidsproblemen in
real-time systemen
Proces1
Reacties
Timing constraints
Concurrency
-meer processen
-meer processoren of parallel processsing
-meer bronnen van stimuli
t1 + deadline
t2+delay
+computing
Tijd
Proces2
Betrouwbaarheid en fault tolerance (van hard- en software)
-met het oog op piekbelasting
-met het oog op optreden van fouten
t2 + delay
t2
t2 + deadline
Veiligheid en continuiteit
Proces1 heeft ononderbroken computing time nodig,
Dus kan proces2 niet starten met zijn actie voor t1 + delay
Vaak specifiek voor een bepaalde toepassing
Stand alone of deel van een gedistribueerd systeem
Specifieke eisen ten aanzien van testen en certificering
Probleem: t2 + delay + computing > t2 + deadline !!!
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
Voorjaar 2008
9
Items in real-time systemen
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
Voorjaar 2008
10
Voorjaar 2008
12
Op te lossen problemen
in real-time systemen
Vragen
1. Wat doe je in hardware en wat in software?
2. Zijn de timing constraints bekend
3. Hoe snel is de software ?
4. Zijn de aankomsttijden van events beheersbaar?
5. Zijn proces interacties beheersbaar?
6. Is het systeem schedublable?
7. Zijn resources beschikbaar en betrouwbaar?
8. Is het systeem correct (the right thing at the right time)?
9. Is het system robuust (functieert onder nieuwe
omstandigheden)?
Veelal niet functionele eisen die problemen geven
Wel:
Veiligheid
Betrouwbaarheid
Onderhoudbaarheid
Integriteit
Beschikbaarheid
-
Goede scheiding van control en functie
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
2
Voorjaar 2008
11
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
Classificatie van
real-time systemen
Real-time software
Drie categorieën
Realtime
Soft Realtime
klein
Systeem waarin gecompileerde software gedownload wordt en
rechtstreeks draait op de processor
Hard Realtime
High
Available
High
Integrity
Fail Safe
Telefoon
switch
Online
banking
Spoorweg
signalering
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
Fail
Operational
midden
Systeem waarin een real-time operating system draait en waarin
software gedownload of ontwikkeld wordt.
Vlucht
control
groot
Gedistribueerd systeem waarin de nodes en hun communicatie
real-time kenmerken vertoont
Voorjaar 2008
13
Embedded Systems
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
Voorjaar 2008
14
Voorjaar 2008
16
Nieuwe mogelijkheden
Inbedding in omgeving en interactie met de omgeving: reageren
op events en timers (realtime gedrag)
Functionaliteit door verwevenheid van hard- en software
Complexe technische interfaces en hoge graad van
samengesteldheid: sensoren, actuatoren, interfaces
Flexibiliteit door software, dus steeds meer software
Steeds meer functionaliteit
Technische
interfaces
Kosten vooral in de software
Reele
Buitenwereld
ModelModelWereld
wereld
Grote potentiële groei nog mogelijk
in embedded software
Mobiel internet
Beveiliging
Omgeving doordringen met embedded
devices (pervasive)
Nieuwe userinterfaces
Bestaande apparaten uitbreiden:
PDA + telefoon+camera+player + ??
Slimmere en wireless sensoren
-
Reele Binnenwereld
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
Voorjaar 2008
15
Mogelijke trends in embedded systemen
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
Doorbraakthema’s
Heterogeniteit en integratie
Adaptieve en zelforganiserende netwerken
Sensor- en radiotechnologie
Software en energiezuinigheid
Sneller ontwikkelen door hergebruik en incrementeel ontwerp
Betrouwbaarheid en voorspelbaarheid
Herconfigureerbare hardware (o.a. FPGAs) en compilers
Plaatsgestuurde diensten
Interactie tussen mens en machine
Toezicht en onderhoud op afstand
Beveiliging tegen criminaliteit en terrorisme
Apparaten gaan meer met elkaar communiceren
Energiezuinigheid
Flexibele, zich aanpassende systemen
Plaatsbepaling
Hergebruik van onderdelen SW en HW
Geavanceerde ontwikkelgereedschappen
Gebruik van formele methoden
(Zie www.embeddedsystemen.nl of www.cic-online.nl )
(Zie www.embeddedsystemen.nl of www.cic-online.nl )
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
3
Voorjaar 2008
17
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
Voorjaar 2008
18
De verschuiving naar ubiquitous computing
Gedistribueerde systemen
Niveau van embedding
hoog
Pervasive
computing
Ubiquitous
computing
•
Niveau
Van
mobiliteit
hoog
laag
Traditioneel business
computing
Mobile
computing
laag
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
Voorjaar 2008
Wat is gedistribueerd?
geografisch gedistribueerd
schaalgrootte:
19
Het ontwikkeltraject
• bus
• LAN
• WAN
• Server based of peer to peer
Waarom?
• inherent aan het probleemgebied
• isolatie van fouten
• beheersbaarheid
Oplossen:
•Topologie
•Protocollen
•Applicaties
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
Voorjaar 2008
20
Voorjaar 2008
22
Voorjaar 2008
24
Design uitdagingen
Multidisciplinariteit
Requirements:
Krijg een duidelijk beeld van
wat de opdrachtgever wil,
wat het systeem moet doen,
welke constraints gelden
-
Modellen, abstracties
Ujitbreidbare modellen
Visie en architectuur opstellen
Aanpasbaarheid
Specificaties:
Leg vast wat de exacte eisen zijn die aan het nieuwe systeem worden
gesteld:
Functionele eisen: wat moet het systeem doen (o.a.stimuli en
responses)
Niet functionele eisen: hoe snel, robuust, foutgevoelig, aanpasbaar,
uitbreidbaar, portable
Inherente concurrency en tijdsconstraints
-
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
Voorjaar 2008
21
Design Model
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
Het ontwikkeltraject: Analyse
Modellen en abstracties
o.a.
- systeemgrenzen
- objecten / entiteiten met hun attributen
- toestanden en transities
- processen
Techniek-onafhankelijk modelleren
van functionaliteit systeem:
- procesmodellering, datamodellering,
gedragsmodellering
- object modellering
- interactie met gebruiker
en buitenwereld
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
4
Voorjaar 2008
23
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
Het ontwikkeltraject: Design
Het ontwikkeltraject: Design
Codesign van hard- en software
Besturingssystemen
VxWorks, OSE
Unix, Windows CE
QNX, Linux RT
Dilemma:
• Hoe ga je om met multidisciplinaire afwegingen?
• Hoe werken verschillende disciplines samen?
Hardware overwegingen
Datacom en netwerken
Ethernet
Can Bus
Wireless Ethernet WiFi
Bluetooth
GPRS, UMTS
• Fysieke begrenzingen
• Veiligheid
• Power consumptie
• Dedicated hardware of general purpose
COTS (Components of the shelf)
• Overwegingen: prijs, functie,
powerconsumptie, time2market
Trends zowel naar COTS als naar
herconfigureerbare hardware FPGA
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
Middleware
Jini
Corba
.Net
Voorjaar 2008
25
Het ontwikkeltraject: Design
Voorjaar 2008
27
Realiseren, implementatie (I )
Realiseren van hardware
Programmeren van modulen/classes
Eis: Requirements
Design
Implementatie
Geen waterval, maar iteratief
Testen
Soorten testen
Opleveren
Onderhouden/aanpassen stelt strenge eisen MTBF (mean time
betweeen failure), MTTR (mean time to repair)
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
ASML
Thales
Oce
HITT
Philips
(Medical, Tass,
Consumer Products)
Ericsson
5
26
Voorjaar 2008
28
Wie spelen in de Nederlandse markt?
Ontwikkelomgeving
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
Voorjaar 2008
Het ontwikkeltraject: realisatie,
testen, opleveren
Eisen: betrouwbaar, fault tolerant en (vaak) snel
Vaak: COTS (component of the shelf), general purpose,
aanpasbaar of herconfigureerbare FPGA
Sensoren , actuatoren en displays
Nauwkeurige klok(ken) en timers
Snelle interne (bussen) en externe communicatie (netwerk, CAN)
Geheugen
virtueel geheugen controlleerbaar en vaak in intern memory met
oog op page faults
caches preloaded
Redundancy in communicatielijnen, processoren, memories
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
Voorjaar 2008
29
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
PANalytical
Pemstar
Echostar
Branche FHI
Procesindustrie
Defensie-industrie
Lucht- en ruimtevaart
Atos Origin
Systeemhuizen
Ordina
(High Tech Automation) Ingenieursbureaus
ECN
Telecom
Yacht Technology
Imtech
Medische industrie
Sioux
Voorjaar 2008
30
Interessante bronnen
Real-time Systems and Software
Alan C. Shaw, John Wiley & Sons Inc
ISBN
0-471- 35490-2
http://www.cs.bu.edu/pub/ieee-rts
http://www.embedded.com/
http://www.dedicated-systems.com/magazine/magazine.htm
http://www.compapp.dcu.ie/~cdaly/embed/embedsys.html
http://www.rtcmagazine.com/home/
http://www.ddjembedded.com/
http://www.cs.washington.edu/research/chinook/links.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Embedded_system
http://embedded.pagina.nl/
http://www.ambient-systems.net
Tijdschrift Bits & Chips (Techwatch BV)
http://www.bits-chips.nl/
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (RTES)
6
Voorjaar 2008
31

Download Report