Realtidssystem

Kursen kan ingå i följande program:

1. Datavetenskap, kandidatprogram (N1COS)
2. Computer Science, masterprogram (N2COS)
3. Software Engineering and Management, masterprogram (N2SOF)
4. Game Design & Technology, masterprogram (N2GDT)
5. Applied Data Science, masterprogram (N2ADS)

Kursen ges även som fristående kurs vid Göteborgs Universitet.

För tillträde till kursen krävs att studenten har klarat följande kurser, eller motsvarande:

• DIT391 Principer för parallell programmering, 7,5 hp
• DIT401 Operativsystem, 7,5 hp
• DIT151 Maskinorienterad programmering, 7,5 hp

Följande kunskapsnivå i Engelska krävs: Engelska 6/Engelska nivå 2 eller motsvarande från ett erkänt internationellt test, t.ex. TOEFL, IELTS.

Denna kurs syftar till att ge grundläggande kunskaper om metoder för konstruktion och analys av realtidssystem. Exempel på realtidssystem är styrsystem för bilar, flygplan och rymdfarkoster, samt datorspel och multimediatillämpningar.

Ett inbyggt system är ett datorsystem som är konstruerat för att utföra en eller ett fåtal specifika funktioner. Det är inbyggt i den mening att det är en del av en komplett enhet, ofta omfattande elektrisk hårdvara och mekaniska delar. Av säkerhets- och användbarhetsskäl har vissa inbyggda system strikta krav på icke funktionella beteenden såsom fördröjning och periodicitet hos datorberäkningarna. Sådana datorsystem kallas realtidssystem. Exempel på realtidssystem är styrsystem för bilar, flygplan och rymdfarkoster, samt datorspel och multimediatillämpningar. Denna kurs syftar till att ge grundläggande kunskaper om metoder för konstruktion och analys av realtidssystem.

På grund av de extremt höga kostnader som följer av en sen upptäckt av problem i inbyggda system är det viktigt att god designmetodik används under utvecklingen av mjuk- och hårdvaran. En sådan metod är att använda en systemarkitektur som tillhandahåller bra abstraktioner av mjukvarukomponenter och som understödjer enkel sammankoppling av sådana komponenter. Filosofin bakom systemarkitekturer dikterar att mjukvaran i ett inbyggt system organiseras i multipla parallellt exekverande processer, där varje process (eller grupp av processer) implementerar en specifik funktionalitet i systemet. Uppdelningen i processer gör det möjligt att på ett naturligt sätt bryta ner ett komplext system i mindre delar som är enkla att förstå, implementera och underhålla.

I kursen används programspråket C, utökat med ett mjukvarubibliotek som tillhandahåller stöd för programmering av parallella processer med tidskrav. Ett viktigt syfte med kursen är att demonstrera hur det utökade programspråket C används för att realisera kommunikation och synkronisering mellan processer, resurshantering och ömsesidig uteslutning. Eftersom andra programspråk använder monitorer och
semaforer för att realisera dessa funktioner, innehåller kursen också en genomgång av sådana tekniker. Dessutom demonstreras det i kursen hur man använder lågnivåprogrammering i C för att realisera avbrottsstyrd interaktion med hårdvaruenheter. För att demonstrera de generella principerna bakom programmering av realtidssystem ger kursen också exempel på hur dessa principer realiseras i andra programspråk, som Ada och Java.

För att möjliggöra exekvering av ett program som innehåller parallella processer används ett runtime-system (realtidskärna) som fördelar den totala tillgängliga beräkningskapaciteten hos systemets mikroprocessor(er) mellan processerna. Kursen beskriver hur ett enkelt runtime-system är organiserat. Exekveringsordningen mellan
processerna bestämmer runtime-systemet med hjälp av en schemaläggningsalgoritm. Kursen presenterar tekniker baserat på såväl cykliska tidtabeller som statiska eller dynamiska processprioriteter. Dessutom presenteras protokoll för hantering av delade hård- och mjukvaruresurser. Eftersom många av dagens realtidstillämpningar är distribuerade över multipla datornoder innehåller kursen också en introduktion till topologier och mediumaccesstekniker för några vanligt använda kommunikationsnätverk.

I realtidssystem, där processer har strikta tidskrav, är det nödvändigt att göra a priori analys av systemets schemaläggningsbarhet. Kursen presenterar tre olika analysmetoder för system som schemalägger processer med statiska eller dynamiska prioriteter: utnyttjandegradsbaserad analys, svarstidsanalys och beräkningsbehovsanalys. I samband med detta ges också en insikt i hur det maximala resursbehovet (värsta-fallets exekveringstid) för en process beräknas.

Efter godkänd kurs ska studenten kunna:

Kunskap och förståelse

• formulera krav för inbyggda datorsystem med strikta önskemål på fördröjning och periodicitet hos datorberäkningarna
• kategorisera och beskriva de olika lagren i en systemarkitektur för inbyggda realtidssystem
• beskriva de principer och mekanismer som används för att konstruera run-time system och kommunikationsnätverk för realtidstillämpningar
• beskriva hur de generella principerna bakom programmering av realtidssystem realiseras i olika högnivåspråk

Färdigheter och förmåga

• konstruera parallellt exekverande processer (programvarumoduler) för realtidstillämpningar med gränssnitt mot hårdvaruenheter (sensorer/ställdon)
• tillämpa de grundläggande analysmetoder som används för att verifiera den tidsmässiga korrektheten hos en uppsättning processer

Värderingsförmåga och förhållningssätt

• reflektera och argumentera i skrift om etiska aspekter gällande valet av systemimplementering

Kursen utgörs av en föreläsningsserie samt ett antal salsövningar där
programmeringmetoder och teorier från föreläsningarna praktiseras. Kursen examineras medelst en skriftlig tentamen. Dessutom ingår en obligatorisk laborationsuppgift som syftar till att eleverna skall ta fram programvara för en inbyggd realtidstillämpning som exekveras på ett hårdvarusystem bestående av multipla datornoder som kommunicerar via ett bussnätverk. Uppgiften omfattar, förutom
programmering av samverkande parallella processer, även maskinnära programmering av hårdvaruenheter som realtidsklockor och nätverkskontrollers.

Undervisningsspråk: engelska

Studenten examineras medelst en skriftlig tentamen och en obligatorisk laborationsuppgift.

Om en student som har underkänts två gånger på samma examinerande moment önskar byta examinator inför nästa examinationstillfälle ska en sådan begäran bifallas om det inte finns särskilda skäl däremot (6 kap. 22 § HF).

Om en student har fått besked om pedagogiskt stöd från Göteborgs universitet med rekommendation om anpassad examination och/eller anpassad examinationsform kan examinator, i det fall det är förenligt med kursens lärandemål och förutsatt att inte orimliga resurser krävs, besluta att bevilja studenten anpassad examination och/eller anpassad examinationsform.

Om en kurs har avvecklats eller genomgått en större förändring ska studenten erbjudas minst två examinationstillfällen, utöver ordinarie examinationstillfälle. Dessa tillfällen fördelas under en tid av minst ett år, dock som längst två år efter det att kursen avvecklats/förändrats. Vad gäller praktik och verksamhetsförlagd utbildning (VFU) gäller motsvarande, men med begränsning till endast ett ytterligare examinationstillfälle.

Om en student har fått besked om att denne uppfyller kraven för att vara student vid Riksidrottsuniversitetet (RIU-student) har examinator rätt att besluta om anpassning vid examination, om detta görs i enlighet med Lokala regler gällande RIU-studenter vid Göteborgs universitet

Delkurser

1. Skriftlig salstentamen, 4,5 hp
   Betygsskala: Väl godkänd (VG), Godkänd (G) och Underkänd (U)
2. Laboration, 3 hp
   Betygsskala: Väl godkänd (VG), Godkänd (G) och Underkänd (U)

På kursen ges något av betygen Väl godkänd (VG), Godkänd (G) och Underkänd (U).

För godkänt betyg på hel kurs krävs godkänt betyg på samtliga delkurser. För att få betyget Väl godkänd (VG) på kursen krävs betyget VG på båda delkurserna.

Kursen utvärderas genom möten, både under och efter kursen, mellan lärare och studentrepresentanter. Ett anonymt skriftligt frågeformulär skickas även ut till studenterna efter kursens slut. Resultaten av utvärderingarna används för att förbättra kursinnehållet och som indikation till vilka delar som skulle kunna läggas till, tas bort, förbättras eller ändras.

Kursen är samläst med Chalmers.

Kursen ersätter kursen DIT161, 7,5 hp. Den här kursen kan inte ingå i en examen som innehåller DIT161. Den kan inte heller ingå i en examen som bygger på en annan examen där DIT161 ingår.