Voorlichting RTES 071119.pdf
Voorlichting RTES 071119.pdf
Voorlichting RTES 071119.pdf
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Agenda<br />
Specialisatie Real-time<br />
Embedded Systemen<br />
Inleiding en overzicht<br />
Henk van Leeuwen, Jan Stroet, Ronald Tangelder<br />
Intro<br />
Doel<br />
Planning<br />
Op te leveren produkten<br />
Trends in embedded systemen<br />
Karakteristieken<br />
Overzicht vakgebied<br />
Ontwikkeltraject en architectuur<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 1<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 2<br />
Introductie<br />
Doel<br />
Keuzemodule voor studenten van I en TI<br />
Verplicht voor studenten die specialisatiethema <strong>RTES</strong><br />
Module kent drie activiteiten voor studenten<br />
- College inleiding <strong>RTES</strong><br />
- Practicum real-time gedistribueerde applicaties met Splice<br />
- Practicum real-time object-georienteerd ontwerpen met Rose RT<br />
- Practicum real-time operating systems met VxWorks<br />
- Project<br />
Inzicht in realtime embedded en gedistribueerde systemen<br />
• Karakteristieken<br />
• Trends<br />
• Ontwikkelproces en Architectuur<br />
Vaardigheid in real-time modelering en applicatieontwikkeling<br />
met concurrency<br />
Vermogen zelfstandig een onderdeel van het vakgebied uit te<br />
diepen<br />
- Module gebruikt website http:/www.hio.hen.nl/specialisatie/rtes/<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 3<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 4<br />
Real-time Embedded Systems ….<br />
What’s in a name?<br />
In gebouwen o.a<br />
- digitale polshorloges<br />
- mobiele telefoons<br />
- videorecorder<br />
- copieerapparaat<br />
- toegangscontrole<br />
- robots<br />
Op straat o.a<br />
- Verkeersgeleiding<br />
- Bewaking spoorwegovergang<br />
In het ziekenhuis o.a.<br />
- MRI scan<br />
Etcetera<br />
Real-time systems<br />
A real-time system is one that has performance<br />
deadlines on its computations and actions.<br />
(B.P. Douglas in Doing Hard Time)<br />
Dus niet :<br />
Maar wel:<br />
iets snel doen<br />
op tijd het juiste doen<br />
Bij stimulus op tijdstipt 0 moet de juiste actie gebeuren na t 0 en voor t 0 + deadline<br />
Tijd<br />
t 0<br />
t 0 + delay +<br />
computing-time<br />
t 0 + deadline<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 5<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 6<br />
1
Real-time systemen<br />
Real-time systemen<br />
Systemen kunnen acties uitvoeren op basis van<br />
events of stimulus<br />
En/of door het bereiken van een voorgedefinieerde<br />
tijd<br />
Gebeurtenissen<br />
Reacties<br />
In een reactief systeem of een event-driven systeem<br />
worden acties veroorzaakt door reacties op externe<br />
events.<br />
In een time-driven systeem acties worden<br />
veroorzaakt door het verstrijken van tijd of het<br />
bereiken van een bepaald tijdstip. Het systeem heeft<br />
zijn eigen agenda.<br />
sensor sensor actuator actuator<br />
Sensor<br />
control<br />
Display<br />
Processor<br />
Logdatabase<br />
Actuator<br />
control<br />
actuator<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 7<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 8<br />
Tijdigheidsproblemen in<br />
real-time systemen<br />
Realtime systemen versus conventionele<br />
informatiesystemen<br />
Het bedienen van verschillende processen<br />
Tijd<br />
Proces 2<br />
t 1<br />
t 1 +computing t 1 + deadline<br />
t 2<br />
t 2 + delay<br />
t 2 + deadline<br />
Proces 1 heeft ononderbroken computing time nodig,<br />
Dus kan proces 2 niet starten met zijn actie voor t 1 + delay<br />
Probleem: t 2 + delay + computing > t 2 + deadline !!!<br />
t 2 +delay<br />
+computing<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 9<br />
Timing constraints<br />
Concurrency<br />
-meer processen<br />
-meer processoren of parallel processsing<br />
-meer bronnen van stimuli<br />
Betrouwbaarheid en fault tolerance (van hard- en software)<br />
-met het oog op piekbelasting<br />
-met het oog op optreden van fouten<br />
Veiligheid en continuiteit<br />
Vaak specifiek voor een bepaalde toepassing<br />
Stand alone of deel van een gedistribueerd systeem<br />
Specifieke eisen ten aanzien van testen en certificering<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) 10<br />
Proces 1 Voorjaar 2008<br />
Items in real-time systemen<br />
Vragen<br />
1. Wat doe je in hardware en wat in software?<br />
2. Zijn de timing constraints bekend<br />
3. Hoe snel is de software ?<br />
4. Zijn de aankomsttijden van events beheersbaar?<br />
5. Zijn proces interacties beheersbaar?<br />
6. Is het systeem schedublable?<br />
7. Zijn resources beschikbaar en betrouwbaar?<br />
8. Is het systeem correct (the right thing at the right time)?<br />
9. Is het system robuust (functieert onder nieuwe<br />
omstandigheden)?<br />
Op te lossen problemen<br />
in real-time systemen<br />
Veelal niet functionele eisen die problemen geven<br />
Wel:<br />
- Veiligheid<br />
- Betrouwbaarheid<br />
- Onderhoudbaarheid<br />
- Integriteit<br />
- Beschikbaarheid<br />
Goede scheiding van control en functie<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 11<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 12<br />
2
Classificatie van<br />
real-time systemen<br />
Real-time software<br />
Realtime<br />
Drie categorieën<br />
Soft Realtime<br />
Hard Realtime<br />
klein<br />
Systeem waarin gecompileerde software gedownload wordt en<br />
rechtstreeks draait op de processor<br />
High<br />
Available<br />
High<br />
Integrity<br />
Fail Safe<br />
Fail<br />
Operational<br />
midden<br />
Systeem waarin een real-time operating system draait en waarin<br />
software gedownload of ontwikkeld wordt.<br />
Telefoon<br />
switch<br />
Online<br />
banking<br />
Spoorweg<br />
signalering<br />
Vlucht<br />
control<br />
groot<br />
Gedistribueerd systeem waarin de nodes en hun communicatie<br />
real-time kenmerken vertoont<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 13<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 14<br />
Embedded Systems<br />
Nieuwe mogelijkheden<br />
Inbedding in omgeving en interactie met de omgeving: reageren<br />
op events en timers (realtime gedrag)<br />
Functionaliteit door verwevenheid van hard- en software<br />
Complexe technische interfaces en hoge graad van<br />
samengesteldheid: sensoren, actuatoren, interfaces<br />
Flexibiliteit door software, dus steeds meer software<br />
Steeds meer functionaliteit<br />
Technische<br />
Kosten vooral in de software interfaces<br />
Reele Binnenwereld<br />
Reele<br />
Buitenwereld<br />
Model-<br />
wereld Wereld<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 15<br />
Grote potentiële groei nog mogelijk<br />
in embedded software<br />
- Mobiel internet<br />
- Beveiliging<br />
- Omgeving doordringen met embedded<br />
devices (pervasive)<br />
- Nieuwe userinterfaces<br />
- Bestaande apparaten uitbreiden:<br />
PDA + telefoon+camera+player + ??<br />
- Slimmere en wireless sensoren<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 16<br />
Mogelijke trends in embedded systemen<br />
Doorbraakthema’s<br />
Apparaten gaan meer met elkaar communiceren<br />
Energiezuinigheid<br />
Flexibele, zich aanpassende systemen<br />
Plaatsbepaling<br />
Hergebruik van onderdelen SW en HW<br />
Geavanceerde ontwikkelgereedschappen<br />
Gebruik van formele methoden<br />
(Zie www.embeddedsystemen.nl of www.cic-online.nl )<br />
Heterogeniteit en integratie<br />
Adaptieve en zelforganiserende netwerken<br />
Sensor- en radiotechnologie<br />
Software en energiezuinigheid<br />
Sneller ontwikkelen door hergebruik en incrementeel ontwerp<br />
Betrouwbaarheid en voorspelbaarheid<br />
Herconfigureerbare hardware (o.a. FPGAs) en compilers<br />
Plaatsgestuurde diensten<br />
Interactie tussen mens en machine<br />
Toezicht en onderhoud op afstand<br />
Beveiliging tegen criminaliteit en terrorisme<br />
(Zie www.embeddedsystemen.nl of www.cic-online.nl )<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 17<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 18<br />
3
De verschuiving naar ubiquitous computing<br />
Gedistribueerde systemen<br />
laag<br />
Pervasive<br />
computing<br />
Traditioneel business<br />
computing<br />
Niveau van embedding<br />
hoog<br />
laag<br />
Ubiquitous<br />
computing<br />
Mobile<br />
computing<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 19<br />
Niveau<br />
Van<br />
mobiliteit<br />
hoog<br />
Wat is gedistribueerd?<br />
• geografisch gedistribueerd<br />
schaalgrootte:<br />
•bus<br />
•LAN<br />
•WAN<br />
• Server based of peer to peer<br />
Waarom?<br />
• inherent aan het probleemgebied<br />
• isolatie van fouten<br />
• beheersbaarheid<br />
Oplossen:<br />
•Topologie<br />
•Protocollen<br />
•Applicaties<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 20<br />
Het ontwikkeltraject<br />
Design uitdagingen<br />
Requirements:<br />
Krijg een duidelijk beeld van<br />
- wat de opdrachtgever wil,<br />
- wat het systeem moet doen,<br />
- welke constraints gelden<br />
Visie en architectuur opstellen<br />
Specificaties:<br />
Leg vast wat de exacte eisen zijn die aan het nieuwe systeem worden<br />
gesteld:<br />
- Functionele eisen: wat moet het systeem doen (o.a.stimuli en<br />
responses)<br />
- Niet functionele eisen: hoe snel, robuust, foutgevoelig, aanpasbaar,<br />
uitbreidbaar, portable<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 21<br />
Multidisciplinariteit<br />
Modellen, abstracties<br />
Ujitbreidbare modellen<br />
Aanpasbaarheid<br />
Inherente concurrency en tijdsconstraints<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 22<br />
Design Model<br />
Het ontwikkeltraject: Analyse<br />
Modellen en abstracties<br />
o.a. - systeemgrenzen<br />
- objecten / entiteiten met hun attributen<br />
- toestanden en transities<br />
- processen<br />
Techniek-onafhankelijk modelleren<br />
van functionaliteit systeem:<br />
- procesmodellering, datamodellering,<br />
gedragsmodellering<br />
- object modellering<br />
- interactie met gebruiker<br />
en buitenwereld<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 23<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 24<br />
4
Het ontwikkeltraject: Design<br />
Codesign van hard- en software<br />
Dilemma:<br />
• Hoe ga je om met multidisciplinaire afwegingen?<br />
• Hoe werken verschillende disciplines samen?<br />
Hardware overwegingen<br />
• Fysieke begrenzingen<br />
• Veiligheid<br />
• Power consumptie<br />
• Dedicated hardware of general purpose<br />
COTS (Components of the shelf)<br />
• Overwegingen: prijs, functie,<br />
powerconsumptie, time2market<br />
Trends zowel naar COTS als naar<br />
herconfigureerbare hardware FPGA<br />
Het ontwikkeltraject: Design<br />
Besturingssystemen<br />
VxWorks, OSE<br />
Unix, Windows CE<br />
QNX, Linux RT<br />
Datacom en netwerken<br />
Ethernet<br />
Can Bus<br />
Wireless Ethernet WiFi<br />
Bluetooth<br />
GPRS, UMTS<br />
Middleware<br />
Jini<br />
Corba<br />
.Net<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 25<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 26<br />
Het ontwikkeltraject: Design<br />
Eisen: betrouwbaar, fault tolerant en (vaak) snel<br />
Vaak: COTS (component of the shelf), general purpose,<br />
aanpasbaar of herconfigureerbare FPGA<br />
Sensoren , actuatoren en displays<br />
Nauwkeurige klok(ken) en timers<br />
Snelle interne (bussen) en externe communicatie (netwerk, CAN)<br />
Geheugen<br />
virtueel geheugen controlleerbaar en vaak in intern memory met<br />
oog op page faults<br />
caches preloaded<br />
Redundancy in communicatielijnen, processoren, memories<br />
Het ontwikkeltraject: realisatie,<br />
testen, opleveren<br />
Realiseren, implementatie (I )<br />
Realiseren van hardware<br />
Programmeren van modulen/classes<br />
Eis: Requirements<br />
Design<br />
Implementatie<br />
Geen waterval, maar iteratief<br />
Testen<br />
Soorten testen<br />
Opleveren<br />
Onderhouden/aanpassen stelt strenge eisen MTBF (mean time<br />
betweeen failure), MTTR (mean time to repair)<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 27<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 28<br />
Ontwikkelomgeving<br />
Wie spelen in de Nederlandse markt?<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 29<br />
ASML<br />
Thales<br />
Oce<br />
HITT<br />
Philips<br />
(Medical, Tass,<br />
Consumer Products)<br />
Ericsson<br />
PANalytical<br />
Pemstar<br />
Echostar<br />
Branche FHI<br />
Atos Origin<br />
Ordina<br />
(High Tech Automation)<br />
ECN<br />
Yacht Technology<br />
Imtech<br />
Sioux<br />
Procesindustrie<br />
Defensie-industrie<br />
Lucht- en ruimtevaart<br />
Systeemhuizen<br />
Ingenieursbureaus<br />
Telecom<br />
Medische industrie<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 30<br />
5
Interessante bronnen<br />
Real-time Systems and Software<br />
Alan C. Shaw, John Wiley & Sons Inc<br />
ISBN 0-471- 35490-2<br />
http://www.cs.bu.edu/pub/ieee-rts<br />
http://www.embedded.com/<br />
http://www.dedicated-systems.com/magazine/magazine.htm<br />
http://www.compapp.dcu.ie/~cdaly/embed/embedsys.html<br />
http://www.rtcmagazine.com/home/<br />
http://www.ddjembedded.com/<br />
http://www.cs.washington.edu/research/chinook/links.html<br />
http://en.wikipedia.org/wiki/Embedded_system<br />
http://embedded.pagina.nl/<br />
http://www.ambient-systems.net<br />
Tijdschrift Bits & Chips (Techwatch BV)<br />
http://www.bits-chips.nl/<br />
Specialisatie Real-Time Embedded Systemen (<strong>RTES</strong>) Voorjaar 2008 31<br />
6
Change language