Wprowadzenie do sterowania w czasie rzeczywistym

Zalecana jest podstawowa znajomość języka C i systemu operacyjnego Linux.

przedmiot fakultatywny

Godziny realizowane z udziałem nauczycieli ( godz.):

- udział w laboratoriach – 30

Czas poświęcony na pracę indywidualną studenta ( godz.):

- przygotowanie do zajęć laboratoryjnych – 20

- przygotowanie do zaliczenia - 10

Łącznie: 60 godz. (2 ECTS)

W1: zna i rozumie procesy konstruowania i wytwarzania urządzeń automatyki przemysłowej sterowanych w czasie rzeczywistym - K_W07

W2: posiada wiedzę na temat mechanizmów tworzenia aplikacji czasu rzeczywistego - K_W06

U1: Wykorzystuje dokumentację oprogramowania (w tym w języku angielskim) do samodzielnego rozwiązania zadania postawionego przez prowadzącego – K_U01, K_U03, K_U04

U2: Potrafi zaimplementować sterowanie czasu rzeczywistego dla zadanego układu sterowania – K_U09

U3: Potrafi zaprezentować efekty swojej pracy zarówno w formie prezentacji jak i przygotowania dokumentacji – K_U05, K_U06

K1: Ma świadomość konieczności ciągłego podnoszenia swoich kwalifikacji i aktualizacji wiedzy w zakresie sterowania czasu rzeczywistego – K_K01

K2: Ma świadomość wagi pracy z dokumentacją i podążania za standaryzowanymi rozwiązaniami w zakresie sterowania czasu rzeczywistego – K_K02

- pokaz

- opis

- laboratoryjna

Na zajęciach laboratoryjnych przedstawiona zostanie obsługa systemu czasu rzeczywistego wraz z programowaniem maszyny opartej o moduł LPT w środowisku LinuxCNC

Celem laboratorium jest zapoznanie studentów z możliwością implementacji sterowania na bazie komputera PC z systemem operacyjnym Linux z jądrem czasu rzeczywistego oraz na bazie systemu wbudowanego z osadzonym systemem RTOS. Sterowania takie stanowią alternatywę dla sterowników PLC. Zajęcia obejmować będą wprowadzenie w metodykę projektowania systemów czasu rzeczywistego. Uczestnicy posiądą podstawową wiedzę i umiejętności z zakresu tworzenia modułów czasu rzeczywistego i aplikacji współbieżnych dedykowanych dla różnych architektur sprzętowych. W ramach laboratorium przewidzianych jest 15 spotkań. Wykorzystane zostanie oprogramowanie LinuxCNC rtai/rt-preempt oraz dedykowane oprogramowania RTOS.

1. Wstęp do systemu Linux z jądrem czasu rzeczywistego. Oprogramowanie Linuxcnc.

2. Konfiguracja API HAL: ładowanie modułów, konfiguracja wątków i zadań, łączenie modułów w system.

3. Tworzenie i kompilacja modułów czasu rzeczywistego (komponent HAL) w języku C.

4. Podstawy tworzenia aplikacji czasu rzeczywistego z wykorzystaniem systemów operacyjnych czasu rzeczywistego: wielowątkowość, metody komunikacji i wymiany danych;

5. Mechanizmy RTOS używane przy tworzeniu aplikacji czasu rzeczywistego: muteksy, kolejki, timery;

6. Projektowanie aplikacji czasu rzeczywistego spełniających określone wymagania funkcjonalne i czasowe: pojęcie sekcji krytycznej, wyścigu, zakleszczeń i inwersji priorytetów;

7. Zarządzanie zasobami sprzętowymi z poziomu osadzonego systemu operacyjnego;

8. Projektowanie części sprzętowej i programowej systemu wbudowanego;

9. Zbieranie, opracowanie oraz interpretacja danych zwrotnych.

W celu przygotowania się do realizacji zadań konieczne jest uprzednie zapoznanie się z dokumentacją wykorzystywanego oprogramowania.

Literatura podstawowa:

Wang, K. C.: Embedded and Real-Time Operating Systems, Springer, 2017;

White E.: Systemy wbudowane. Wzorce projektowe dla twórców oprogramowania, Helion, 2025;

Literatura uzupełniająca:

Dokumentacja oprogramowania: LinuxCNC, FreeRTOS;

Dokumentacja udostępniona przez prowadzącego.

Metody oceniania:

Zaliczenie na podstawie ocen z realizacji zadań praktycznych, projektu i kolokwium końcowego. Kolokwium końcowe (oceniające nabytą wiedzę teoretyczną) podlega ocenie cząstkowej w skali od 2 do 5. W analogiczny sposób oceniana jest realizacja projektu. W tym przypadku na ocenę wpływa przede wszystkim stopień realizacji zadania tzn. ile podzadań przewidzianych do realizacji w ramach danego zadania zostało zrealizowane oraz w jakim stopniu wymagania postawione przez prowadzącego zostały spełnione. Prowadzący weryfikując zadania praktyczne i wiedzę na kolokwium sprawdza realizację efektów przedmiotowych: W1, W2, U1, U2, U3, K1, K2.

Ocena końcowa jest wyznaczana na podstawie średniej arytmetycznej ocen cząstkowych.

Kryteria oceniania:

3.0 – 3.4 – dst

3.41 – 3.8 – dst+

3.81 – 4.2 – db

4.21 – 4.6 – db+

4.61 – 5.0 – bdb

nie dotyczy