Экзаменационные вопросы 2014-2015

Список вопросов по спецкурсу

«Встроенные информационно-управляющие системы реального времени»

(весенний семестр 2015 г.)

Лекция 1. Введение в ИУС РВ.

1. Состав ИУС РВ, основные виды устройств в составе ИУС РВ. Функции и специфика работы ИУС РВ.

2. Развитие архитектуры ИУС РВ. Неоднородность ИУС РВ по типам каналов, устройств, данных.

Лекция 2. Каналы информационного обмена с централизованным управлением.

1. Использование каналов с централизованным управлением в ИУС РВ МКС. Принципы работы каналов с централизованным управлением, преимущества таких каналов. Протокол информационного обмена стандарта MIL STD-1553B.

2. Эволюция протокола MIL STD-1553B. Каналы EBR-1553, MIL STD-1760, STANAG 3910. Организация обмена с централизованным управлением на шине CAN.

3. Задача построения расписания выполнения работ в одноприборном устройстве. Задача построения расписания передачи сообщений по шине с централизованным управлением для схемы с подциклами и схемы без подциклов. САПР циклограмм.

4. Топологии и классы обслуживания стандарта Fibre Channel. Описание работы кольца с арбитражем. Процедура арбитража.

5. Протокол FC-AE-1553 и его использование для работы унаследованных устройств, поддерживающих протокол MIL STD-1553B.

6. Задача построения магистральных каналов информационного обмена с использованием кольца с арбитражем FC.

Лекция 3. Коммутируемые сети в ИУС РВ.

1. Недостатки каналов точка-точка. Подход к устранению этих недостатков при помощи мультиплексных каналов, недостатки этого подхода.

2. Организация бортовой сети на основе коммутаторов. Преимущества и недостатки такой организации. Устранение недостатков за счёт поддержки виртуальных каналов.

3. Стандарт AFDX. Архитектура сети и стек протоколов AFDX. Маршрутизация потоков данных в сетях AFDX. Функции коммутатора AFDX.

4. Контроль трафика в сетях AFDX. Параметры виртуальных каналов, учёт этих параметров при выдаче данных абонентом и при контроле трафика на коммутаторе AFDX. Мультиплексирование потоков данных от различных виртуальных каналов.

5. Задача проектирования сети AFDX. Оценка длительности передачи кадра через сеть AFDX. Метод оценки на основе анализа времени отклика (Response time analysis).

Лекция 4. Архитектура процессоров для ИУС РВ.

1. Архитектура процессора ARM.

2. Архитектура процессора обработки сигналов (NM 6403).

3. Постановка задачи оценки наихудшего времени выполнения программы (WCET) и основные методы её решения.

4. Метод Bounded model checking для решения задачи оценки наихудшего времени выполнения программы (WCET).

Лекция 5. ОС РВ, использующие статико-динамическую модель вычислений.

1. Использование концепции интегрированной модульной авионики (ИМА) при разработке ПО. Интерфейс APEX. Преимущества используемого подхода к организации ПО.

2. Структура ПО в стандарте ARINC653. Понятия разделов и задач. Взаимодействие задач. Модель вычислений в ARINC653.

3. Задача построения статико-динамического расписания. Ограничения корректности на расписание. Подход к решению задачи.

Лекция 6. Архитектура вычислительных блоков ИУС РВ.

1. Технологические ограничения на вычислительные блоки ИУС РВ, источники этих ограничений. Характеристики однопроцессорных центральных ЭВМ на примере марсоходов.

2. Мезонинная архитектура одноплатных компьютеров. RAD750 как пример радиационно-стойкого процессора. Структура одноплатного компьютера на основе RAD750. Примеры внедрений компьютеров на основе RAD750.

3. Шина VME. Роли модулей на шине VME. Процедура передачи данных по шине VME. Механизмы прерываний и блочной передачи данных на шине VME.

4. Недостатки шины VME. Стандарт VPX как путь к устранению этих недостатков. Архитектура систем на базе VPX.

5. Интегрированная модульная авионика (ИМА). Архитектура систем ИМА, преимущества этой архитектуры. Шина данных и сервисная шина в системах ИМА. Примеры модулей в системах ИМА.

Лекция 7. Операционные системы реального времени

1. Основные требования к ОС РВ. Источники временных задержек в ОС РВ.

2. Понятие потока (thread). Возможности ОС РВ по управлению потоками. Планирование потоков с приоритетами. Дисциплины планирования Rate Monotonic, Earliest Deadline First, достаточные условия выполнимости набора периодических задач.

3. Средства межпроцессного взаимодействия и синхронизации в ОС РВ: очереди сообщений, семафоры, мьютексы, сигналы.

Лекция 8. Инструменты поддержки жизненного цикла ПО встроенных ИУС РВ.

1. V-образный жизненный цикл бортового ПО. Основные процессы жизненного цикла.

2. Средства поддержки разработки требований, примеры требований к ИУС РВ. Средства версионного и конфигурационного контроля. Древовидная структура версий.

3. Средства отслеживания проблем и изменений. Жизненный цикл сообщения о проблеме. Средства поддержки сопряжения подсистем ПО.

4. Средства автоматизации проектирования индикационных форматов. Средства проектирования алгоритмов бортового ПО.

5. Отладка ПО ИУС РВ на реальном блоке ИУС. Применение анализаторов внутренних шин и внешних (межблочных) шин.

6. Специфика тестирования бортового ПО. Средства тестирования. Стенды тестирования бортового ПО, примеры стендов, использование различных стендов на разных этапах тестирования и интеграции бортового ПО.

Лекция 9. Алгоритмы планирования вычислений в ИУС РВ.

1. Способы представления расписания в задачах планирования вычислений. Меры оценки эффективности расписания. Классификация алгоритмов построения расписаний.

2. Алгоритмы имитации отжига: принцип работы, схема одной итерации для задачи построения расписаний (расписание задается привязкой работ к процессорам и порядком выполнения работ на процессоре), операции преобразования расписания, законы понижения температуры, асимптотическая скорость сходимости, направленные стратегии применения операций.

3. Генетические алгоритмы: алгоритм Холланда, операции скрещивания, мутации и селекции, теорема схем, гипотеза строительных блоков.

4. Алгоритмы на основе схемы муравьиных колоний: биологическая модель, схема одной итерации, построение маршрута и обновление феромона, использование для построения расписаний.

5. Жадные алгоритмы: общая схема, оптимальный алгоритм построения расписания выполнения работ в одноприборном устройстве. Схема доказательства оптимальности алгоритма. Алгоритмы, сочетающие жадные стратегии и стратегии ограниченного перебора: общая схема, пример процедуры ограниченного перебора.