Studiewijzer thema Embedded Software Engineering.

© Harry Broeders.

onderwijseenheid:	Embedded Software Engineering.
code onderwijseenheid:	ESWE1
code onderwijsdelen	ESWE1C1, ESWE1P1, ESWE1C2, ESWE1C3, ESWE1P2
studiebelasting:	8 CP = 224 SBU
semester / kwartaal:	EH4C&D / 1+2
contacturen:	kwartaal 1: 3 uur/week college en 2 uur/week practicum kwartaal 2: 2 uur/week college en 1 uur/week practicum
toetsing:	3 tentamens (cijfers) en 2 practicumbeoordelingen (O/V)
benodigde voorkennis:	EH3C&D.
verantwoordelijke docent:	Harry Broeders

Inleiding

In het thema ESWE is de aandacht gericht op het ontwikkelen van software voor embedded, real-time en/of distributed systemen met behulp van moderne technieken en tools.

The importance of embedded systems is undisputed. Their market size is about 100 times the desktop market. Hardly any new product reaches the market without embedded systems anymore. The number of embedded systems in a product ranges from one to tens in consumer products and to hundreds in large professional systems. An average household employs easily 50 embedded systems nowadays. This will grow at least one order of magnitude in this decade. Professional systems will see a similar growth. Besides, many distributed systems will rely on embedded systems for an ever larger part of their functions. The strong increasing penetration of embedded systems in products and services creates huge opportunities for all kinds of enterprises and institutions. Bron: http://www.stw.nl/NR/rdonlyres/3E59AA43-68B1-4E83-BA95-20376EB00560/0/ESRversion1.pdf

Onderdelen

onderdeel	code	kwartaal	CP	SBU	docent	toets	resultaat
Real-time Embedded Programming	ESWE1C1	1	2	56	Harry Broeders	schriftelijke toets	cijfer telt voor 35% mee
Distributed Programming	ESWE1C2	1	1,5	42	John Visser	schriftelijke toets	cijfer telt voor 30% mee
Practicum Distributed and Real-time Programming	ESWE1P1	1	1,5	42	Harry Broeders	practicumbeoordeling	O/V moet voldoende zijn
Software Engineering	ESWE1C3	2	2	56	Cobie van der Hoek	schriftelijke toets	cijfer telt voor 35% mee
Practicum Software Engineering	ESWE1P2	2	1	28	Cobie van der Hoek	practicumbeoordeling	O/V moet voldoende zijn

Bij het onderwijsdeel Real-Time Embedded Programming wordt ingegaan op de implementatie van software voor Real-Time Embedded systemen. Bij de implementatie kun je gebruik maken van speciale "real-time" programmeertalen of van "gewone" programmeertalen in combinatie met een "real-time" operating system. Als voorbeeld van een real-time programmeertaal wordt RT-Java gebruikt en als voorbeeld van een real-time OS wordt QNX gebruikt. QNX is compatible met de POSIX standaard voor real-time operating systems. De volgende onderwerpen komen aan de orde:

• Introductie real-time systemen. Verschillende definities van real-time systemen, de karakteristieke eigenschappen van real-time systemen en enkele voorbeelden van real-time systemen.
• Concurrent programming. Processes en threads. Wat zijn de verschillen? Wanneer gebruik je ze? Hoe gebruik je ze in POSIX en in RT-Java.
• Scheduling. Verschil tussen scheduling in general purpose en in real-time OS. Verschillende vormen van real-time scheduling.
• Synchronisatie en communicatie via gemeenschappelijk geheugen. Mutex, semaphores, conditional critical regions, monitors, protected objects en synchronised class methods.
• Synchronisatie en communicatie via berichten. POSIX messages, distributed messages bij QNX en remote procedure calls.
• Low level programming. Device drivers en memory management.
• Tijd. Time of day, tijdvertragingen, tijdsynchronisatie.
• Veiligheid en betrouwbaarheid. Fout preventie, fout tolerantie, redundancy, N versie programmeren, recovery blocks, exceptions en het afvangen daarvan, atomic actions, meten en voorspellen van betrouwbaarheid.

Bij het onderwijsdeel Distributed Programming wordt ingegaan op de problemen die ontstaan als we een applicatie willen distribueren over verschillende machines (hardware nodes). Uiteraard worden ook de mogelijke oplossingen besproken. Denk daarbij aan de volgende onderwerpen:

• Eigenschappen van de verschillende vormen van middleware: Verbergen Heterogeniteit, Openess, Security, Scalability, Failure handling, Concurrency, Transparency etc.
• Verschillende architecturen: Client-Server, Peer to peer etc.
• Verschillende implementaties van middleware: RPC, RMI, CORBA, etc.
• RPC (Remote Precedure Calls) Met behulp van RPC kan een programma dat bestaat uit meerdere functies verdeeld worden over verschillende machines.
• RMI (Remote Method Invocation) Met behulp van RMI kan een Java programma dat bestaat uit meerdere objecten verdeeld worden over verschillende machines.
• CORBA (Common Object Request Broker Architecture) Met behulp van CORBA kan een programma dat bestaat uit meerdere objecten die in verschillende talen ontwikkeld zijn verdeeld worden over verschillende machines.
• real-time CORBA.

Bij het onderwijsdeel Software Engeneering wordt het software engineering traject van embedded software in meer detail bekeken. Welke trajecten en werkwijzen zijn er mogelijk, welke fasen zijn er dan te onderscheiden en hoe kan zoiets dan worden aangepakt? Twee belangrijke fasen worden er uitgelicht en uitgebreider bekeken: de analyse-fase en de design-fase. Onderwerp en de analyse-fase zijn bijvoorbeeld: requirement-analyse, systeem-analyse en object-analyse. Onderwerpen in de design-fase zijn: architectuur-design en detailed design. Om de modellen in beide fases te ontwerpen, maken we gebruik van Realtime UML. Hiermee wordt het mogelijk om timing gerelateerde zaken te modelleren. Waar mogelijk zal ook worden bekeken waar standaard oplossingen te gebruiken zijn (design patterns). De volgende onderwerpen komen aan de orde:

• Het gebruik van UML voor real-time systemen.
• Veel voorkomende problemen bij het ontwikkelen van real-time systemen en de oplossingen daarvoor: Real-time Design Patterns.
• Testen van real-time systemen.

Globale leerdoelen

Na afloop van deze module:

• Ken je de verschillende definities van real-time systemen, de karakteristieke eigenschappen van real-time systemen en enkele voorbeelden van real-time systemen.
• Ken je het verschil tussen processes en threads, weet je wanneer ze te gebruiken en kun je ze gebruiken zowel in POSIX als in RT-Java.
• Ken je de verschillen tussen scheduling in een general purpose en in een real-time OS.
• Ben je bekend met verschillende vormen van real-time scheduling.
• Ken je de voor- en nadelen van de synchronisatie via gemeenschappelijk geheugen versus synchronisatie via berichten.
• Kun je verschillende vormen van synchronisatie en communicatie via gemeenschappelijk geheugen toepassen, te weten: Mutex, semaphores, conditional critical regions, monitors, protected objects en synchronised class methods.
• Kun je verschillende vormen van synchronisatie en communicatie via berichten toepassen, te weten: POSIX messages, distributed messages bij QNX en remote procedure calls.
• Kun je tijdvertragingen en tijdsynchronisatie toepassen in real-time systemen.
• Ben je bekend met de eigenschappen van de verschillende vormen van middleware: Verbergen Heterogeniteit, Openess, Security, Scalability, Failure handling, Concurrency, Transparency etc.
• Kun je een overzicht geven van de verschillende architecturen: Client-Server, Peer to peer etc.
• Ben je bekend met de verschillende implementaties van middleware: RPC, RMI, CORBA, etc.
• Ben je bekend met de toepassing van RPC (Remote Precedure Calls) in distributed systemen.
• Heb je enige ervaring met het toepassen van RMI (Remote Method Invocation) om een Java programma dat bestaat uit meerdere objecten te verdelen over verschillende machines.
• Heb je kennis gemaakt met CORBA (Common Object Request Broker Architecture) waarmee een programma dat bestaat uit meerdere objecten die in verschillende talen ontwikkeld zijn verdeeld kan worden over verschillende machines.
• Ben je bekend met de specifieke eigenschappen van real-time CORBA.
• Heb je inzicht in het ontwerpproces van embedded software en wel op een zodanige manier dat het geheel schaalbaar is naar grotere projecten met meerdere ontwerpers/ontwikkelaars.
• Kun je de benodigde aspecten van real-time UML toepassen en gebruiken.
• Heb je inzicht in de fasering van een embedded software project en kun je de verschillende handelingen plaatsen in de juiste fase.
• Heb je enige ervaring in het modeleren (in UML) van een real-time systeem.
• Ken je veel voorkomende problemen bij het ontwikkelen van real-time systemen en de oplossingen daarvoor: Real-time Design Patterns.
• Ben je bekend met de specifieke problemen bij het testen van real-time systemen.

Literatuur

Zie studiewijzers van de afzonderlijke onderwijsdelen.

Toetsing en beoordeling.

Zie studiewijzers van de afzonderlijke onderwijsdelen.