Obsah
Průběh MSZZ
1. Architektura distribuovaných síťových aplikací. Struktura sítě, aplikační vrstvy, její hlavní části. Nejběžnější databázové servery v průmyslových aplikacích a jejich management. (A0M35PII)
Architektura distribuovaných síťových aplikací
Obecně:
- MVC
- Webové služby
- Více-vrstvá architektura
V kontextu průmyslových informačních systémů:
-
- Vrstvy:
- Senzory, Field Devices (aktivní členy)
- Programmable Logic Controller - zpracovává data ze senzorů
- více PLC, vždy kontroluje skupinu senzorů
- Centrální Controller, jež přijímá data od PLC
- Výhody:
- Rychly pristup na I/O, centralizovaná správa
- Nevýhody:
- Závada jednoho PLC implikuje odstávku celého systému
- Velké programy
- Není škálovatelné
- Rozprostření zdrojů dat – jeden řídící PLC, více senzorů/zdrojů dat, Více PLC s řídicím programem komunikují mezi sebou
Materialy primo od Ing. Susty : piiokruhy.pdf
Struktura sítě, aplikační vrstvy, její hlavní části
- ISO/OSI, TCP/IP, Topologie kruh/hvězda/sběrnice
Nejběžnější databázové servery v průmyslových aplikacích a jejich management
- Velké databáze:
- Oracle SQL Server, Microsoft SQL Server, Sybase, PostgreSQL, MySQL
- Tvorba uživatelů, uživatelská oprávnění, zálohování, kontrola integrity dat
- Embedded databáze:
- SQLite, eXtremeDB
- Možný běh v omezených podmínkách (málo paměti, nízký výpočetní výkon) a bez operačního systému
- Nemají uživatele, oprávnění
- Vhodné např. jako úložiště pro diagnostické záznamy či záznamy ze senzorů
2. Webové aplikace v distribuovaných řídicích systémech. Webové komponenty pro vývoj průmyslových internetových aplikací. Zabezpečení, přístupová práva, veřejné klíče, hashovací kódy, digitální podpisy. Spolehlivost sítí a řešení vhodná pro kritické aplikace. (A0M35PII)
- Jak získávat a zobrazovat data – Db, Ajax. Webservices, Vzdálená volání (?).
- Veřejné klíče, hashovací kódy, digitální podpisy
- Fieldbus (IEC 61158) definuje architekturu průmyslových sítí a několik prootokolů tuto architekturu implementujících.
- Propojení senzorů a řídících prvků (Programmable Logic Controller)
- Sdílení linky různými senzory, konkrétní protokol řeší arbitraci na síťové vrstvě
- Důraz na real-time, determinističnost, vyšší odolnost proti rušení
- Na OSI modelu řeší 1., 2. a 7. vrstvu; některé protokoly i další
- Příklady:
- CAN (Controller Area Network) - sběrnice používaná primárně v automobilovém průmyslu na propojení jednotlivých systémů
- EtherNet/IP (Ethernet Industrial Protocol) - založené na Ethernetu, TCP/IP a použití CIP (Common Industrial Protocol) jako aplikační vrstvy; nedeterministický!; nutno dbát na správný typ switchu a plánování sítě tak, že se využije < 1% teoretické kapacity; praktické z hlediska propojení s Enterprise sítí
- ControlNet, DeviceNet - další sběrnice, jež používají CIP jako aplikační protokol
- Protokoly s konstantním vysílacím časem informací (time-driven)
- Redundantní data v případě, že se měřená data nemění
- V případě rychlé změny stavu nemusí tato změna být zaregistrována (vzorkovací teorém)
- Protokoly reagující na události (event-driven)
- Často doplněno o „heartbeat“ signál, který v delších časových intervalech podává informace o měřených datech
- Nutné řešit ztrátu informace a její spožděné doručení
- Volit protokol na základě těchto požadavků
- Spožděné doručení nutno řešit! Na úrovni senzorů často není k dispozici synchronizovaný timestamp a je proto nutné použít čítač synchronizovaný danou sběrnicí
- Master-stave – Filedbus, Devicenet / Arbitr vs. podřízená zařízení / Rovnocenná zařízení – Ethernet (jak ho přizpůsobit, aby byl realtimeový)
3. Metodiky návrhu analogových, digitálních a smíšených integrovaných systémů. Aplikačně specifické integrované systémy - plně zákaznický návrh, hradlová pole, standardní buňky, programovatelné obvody FPGA. (A4M34ISC)
ASIC - Aplikačně specifické integrované obvody
(zdroj: přednáška 1 ISC - Uvod)
Kritéria efektivity: počet kusů, cena za kus, počet zákazníků
- Plně zákaznické obvody
- Monolitické IO, většinou analogové obvody
- Návrh celé topologie – všech vrstev
- Výborná flexibilita, limitováno pouze návrhovými pravidly
- Ruční návrh (některé digitální bloky mohou být automatizovány) – Návrhář nepoužívá předdefinované bloky z důvodu malé rychlosti, velké spotřeby atd.
- Analogový i digitální návrh dohromady
- Vlastnosti
- Dlouhý čas návrhu a technologické realizace
- Velice efektivní využití plochy čipu
- Levné pouze ve velikých sériích
- Příklady:
- Analogové obvody, uP, paměti, převodníky, dekodéry….
- Hradlová pole
- Monolitické IO, složené z řad nebo sloupců tranzistorů. Programují se pomocí masek propojení
- Prefabrikované čipy
- Definované I/O obvody
- Jednotné pole tranzistorů propojovacích kanálů a propojek, tzv. primitivní buňky
- Funkční zapojení je realizováno pomocí jedné nebo více vrstev metalizace
- Vlastnosti:
- Rychlá výroba
- Levné ve středních sériích
- Nevhodné pro realizaci RAM, PLA, ALU
- Standardní buňky
- Monolitické IO, navržené pomocí knihovních buňek
- Celý výrobní proces:
- Předdefinované knihovny základních buňek (NAND, NOR, OpAmp, Převodníky…)
- Návrhář definuje umístění a vzájemné propojení
- Mohou být digitální i analogové
- Vlastnosti:
- Velikost čipu limituje funkčnost
- Dlouhý výrobní čas
- Levné ve velkých sériích
- Definována výška buňky – snadné skládání
- Lepší funkčnost při nižší ploše v porovnání s hradlovými poli (1:4)
- Programovatelné obvody
- Monolitické IO, tvořené logickými buňkami a bloky, které jsou zákaznicky programovány pomocí propojek
- Základem je univerzální logická struktura (matice AND propojená s maticí OR)
- Logická funkce je vytvořena promocí programovatelných propojek, jejichž přerušením se odpojí logické signály.
- Velice rychlý návrh a realizace
- Patrí sem
- PROM – Programmable Read Only Memory
- PAL – Programmable Array Logic
- PLA – Programmable Logic Array
- FPGA – Field programmable Gate Array
- FPGA
- Pro naprogramování není nutná technologická realizace
- Předdefinované logické bloky
- Vlastnosti:
- velikost: až 8‘000’000 logických hradel (např. Virtex - Xilinx)
- až 4 PowerPC RISC procesory na čipu
- Velké čipy (>100 mil. tranzistorů)
- Krátký návrhový a realizační čas
- Levné pro malé série
- V porovnání s ASIC mají FPGA menší frekvence hodin
4. Jazyky HDL, HDL-A, logická a fyzická syntéza systému. Frond End a Back End návrh. Problematika rozmístění (floorplaning), časové analýzy, návrh testů a verifikace návrhu. (A4M34ISC)
Takový přehled z ASICentra 2c_navrh_a_verifikace.pdf
HDL Languages
- HDL (Hardware Description Lanuage) - označení pro rodinu programovacích jazyků, jež popisujou nízkoúrovňovou implementaci hardware. Mezi nejpoužívanější zástupce se řadí Verilog a VHDL, jež slouží pro návrh digitálních obvodů.
- HDL-A - proprietární jazyk pro design analogových komponent.
Floorplanning
- rozmístění komponent na čipu, klade se důraz na následující faktory (mimo jiné):
- rozložení kontaktních ploch (bonding pads, spojují obvod v jádru na pin vnějšího pouzdra)
- limitace na maximální velikost
- rozdělení na clustery, aby se minimalizovaly délky datových vodičů (a tudíž spoždění a ztráty)
- limitace dané technologií (velikost tranzistoru, rozestupy mezi jednotlivými komponentami a vodiči)
Front End - Back End
5. CAD prostředky a standardy pro návrh analogových a smíšených integrovaných obvodů, mobilní IO s nízkou spotřebou, verifikace návrhu. Technologická realizace, verifikace integrovaných systémů, problematika převodu návrhu systému mezi jednotlivými technologiemi. (A4M34ISC)
6. Techniky správy a organizace rozsáhlých softwarových projektů. Nástroje pro správu verzí a vývojových větví zdrojových kódů, nástroje pro automatické generování dokumentace a podporu orientace v rozsáhlých projektech. Infrastruktury zajišťující spolupráci mezi vývojáři navzájem a i s uživateli. Systémy pro sledování a řešení chyb a uživatelskou podporu. (A4M35OSP)
- Verzovací systémy distribuované/centralizované.
- Doxygen. Je lepší psát dokumentaci přímo do kódu – aby nedocházelo k její neaktualizaci.
- Sourceforge/googlecode, Trac, …
- Bugzilla, Mailinglist. Různé stavy chyby (potvrzena, vyřešena, …). Automatické generování backtrace po pádu systému.
Převzato z SI:
founemi2
6_techniky_spravy_a_organizace_rozsahlych_softwarovych_projektu_3.doc - 100%, doplněna motivace a kontinuální integrace
7. Požadavky a pravidla pro tvorbu přenositelného kódu. Organizace projektů a operačních systémů pro splnění přenositelnosti mezi různými architekturami CPU. Konverze vnitřních a vnějších/síťových formátů dat. (A4M35OSP)
- Nespoléhat se na bitovou šířku integeru v C. Dávat si pozor na endianess.
- Určit co je jádro, co je navíc. Udělat adresářovou strukturu podle architektur, kde budou jen nejnutnější HW záležitosti v ASM. Stejné funkce, vyžadující různou implementaci pro jednotlivé architektury, implementovat se stejným prototypem.
- Dávat si pozor na endianess. Používat funkce jako htons() ntohs().
Převzato z SI:
vejmema1
8. PCI a USB, funkce a způsob implementace, ovladače PCI a USB zařízení pro OS Windows a Linux. (A4M38KRP)
9. Implementace rozhraní Ethernet, Auto-negotiation, PoE. (A4M38KRP)
10. Bezdrátové sítě (WiFi, Bluetooth, ZigBee) a možnosti jejich implementace. (A4M38KRP)
11. Pokročilé architektury procesorů. Paralelismus na úrovni instrukcí (ILP). Superskalární procesory se statickým a dynamickým plánováním provádění instrukcí. Spekulativní provádění instrukcí a podpora přesného přerušení. Procesory VLIW a EPIC. Využití datového paralelismu, SIMD a vektorové instrukce v ISA. (A4M36PAP)
12. Architektura paměťového a periferního subsystému. Návrh a optimalizace paměťového subsystému, cache a virtuální paměť. Způsoby propojení procesoru, paměti a periférií uvnitř systémů na čipu (SoC). Vyrovnávací paměti v periferním subsystému, způsoby implementace sdíleného přístupu k vyrovnávací paměti. (A4M36PAP)
Architektura paměťového a periferního subsystému
SoC
- SoC (System on Chip)
- SiP (System in Package)
- PoP (Package on package)
13. Architektury multiprocesorových počítačů. Architektury symetrických multiprocesorových počítačů (SMP). Způsoby zajištění koherence v SMP. Pravidla pro provádění paměťových operací, zajištění sekvenční konzistence, slabší modely paměťové konzistence. Architektury s distribuovanou sdílenou pamětí, zajištění koherence a konzistence. Vícevláknové procesory. (A4M36PAP)
14. Uspořádání, vlastnosti, funkční bloky a oblasti použití 8- bitových mikrořadičů, jejich typické periferie a výpočetní výkon. (A4M38AVS)
15. Mikroprocesory řady ARM a číslicové signálové procesory (DSP), základní funkční bloky, vlastnosti, výpočetní možnosti z hlediska aplikace ve vestavném systému. (A4M38AVS)
Mikroprocesory řady ARM
Intro: armbasics.pdf (Zdroj: http://embeddedcraft.org/armbasics.pdf)