Descripción y contextualización de la asignatura

La asignatura Sistemas Empotrados de Control consta de 6 créditos ECTS (60 horas presenciales y 90 no presenciales), de los cuales 3 ECTS se corresponden con créditos teóricos, 1,5 ECTS se corresponden con seminarios, y 1,5 ECTS con créditos prácticos de laboratorio, todos ellos repartidos a lo largo de 12 semanas. Se trata, por tanto, de una asignatura con un marcado carácter teórico-práctico.



El objetivo principal es proporcionar al alumnado los conceptos y métodos fundamentales para abordar el análisis, diseño e implementación de sistemas de tiempo real y, más específicamente, de los sistemas empotrados de control.



Los sistemas informáticos de tiempo real se utilizan en diversos campos de aplicación como el control de procesos, aviones, automóviles y trenes, sistemas de control de tráfico, comunicaciones, satélites, electrónica de consumo y, en general, en todas aquellas aplicaciones del ordenador en las que se hace necesario conseguir una sincronización estricta entre sus actividades y un sistema externo con dinámica propia.



La característica más importante de estos sistemas es que sus acciones se deben ejecutar en intervalos de tiempo determinados por la dinámica de los sistemas físicos que supervisan o controlan. Además, el tiempo de respuesta de todas las actividades se debe garantizar incluso en situaciones de sobrecarga transitoria. Por ello, el comportamiento de estos sistemas debe ser determinista.



Por otro lado, pueden tener requisitos estrictos de fiabilidad y seguridad. Muchos de estos sistemas están empotrados en otros sistemas, lo que implica normalmente que disponen de recursos limitados en cuanto a potencia de procesador, memoria, etc. si se los compara con otro tipo de sistemas informáticos. En su mayoría deben ejecutar varias actividades concurrentemente. Estas características hacen que el diseño y la implementación de sistemas de tiempo real presente características específicas que los diferencia del resto de sistemas informáticos.





Una vez afianzados los fundamentos necesarios, el alumnado aplicará los conceptos aprendidos en dos problemas prácticos mediante el diseño y desarrollo software de ciertas aplicaciones que deberán ser validadas en el laboratorio sobre sistemas empotrados reales, más concretamente, sobre las plataformas GEME y LEGO Mindstorms. Dichos trabajos se realizarán en equipo y su resolución se apoyará en estrategias grupales y cooperativas.



Asimismo, en el marco de la asignatura se realizará una visita a la empresa P4Q con el objetivo de aportar a la asignatura la perspectiva del mundo laboral a través de una empresa de primer nivel dentro del sector.



Se trata, por tanto, de una asignatura con un claro carácter horizontal y práctico que permitirá al alumnado desarrollar aplicaciones relacionadas con los conocimientos adquiridos en otras asignaturas de la rama (en concreto, aplicaciones de control y automatización de sistemas).



Se basa en los conocimientos adquiridos en la asignatura Sistemas Informáticos Industriales, por lo que se debe cursar dicha asignatura con antelación.

Resultados del aprendizaje de la asignatura

Utilizar los conocimientos adquiridos para seleccionar, diseñar e implantar sistemas de producción automatizados, abordando el diseño del control y su realización en dispositivos de control industrial (PLCs, robots industriales, sistemas empotrados, etc.) basados en tecnologías de la información (sistemas de comunicación, sistemas de tiempo real, sistemas empotrados, etc.).

Utilizar los conocimientos adquiridos para seleccionar las estrategias de control de procesos adecuadas, diseñarlas y validarlas como paso previo a su implementación, enfatizando los aspectos de seguridad del proceso mediante la definición de metodologías de ensayo y verificación.

Convocatoria ordinaria: orientaciones y renuncia

En esta asignatura se utilizan diversas metodologías, dependiendo de la modalidad de enseñanza:

- Modalidad magistral: se impartirán clases expositivas del contenido teórico por parte del docente. También se realizarán discusiones intermitentes en pareja por parte del alumnado.

- Modalidad de Seminario: se impartirán conceptos teórico/prácticas por parte de la docente mediante demostraciones activas y se pondrán en práctica por parte del alumnado mediante la técnica del puzzle (Reunión de objetivos- Philips 66).

- Modalidad de Laboratorio: Consiste en la asimilación de conceptos de diseño y programación de sistemas en tiempo real. COnsta de dos fases: una básica y una avanzada. En ambas los ejercicios requieren de preparación previa por parte del alumnado. Fase básica: En las 3 primeras sesiones se realizarán ejercicios de creación, sincronización y comunicación de tareas en el ordenador. Fase avanzada: En las 3-4 últimas sesiones el alumnado realizará en grupo el diseño y desarrollo de dos aplicaciones empotradas realizadas sobre maquetas reales: Sistema de control en tiempo real de una maqueta de temperatura (GEME) y Control Remoto de un vehículo LEGO NXT Mindstorms, utilizando en ambas programación concurrente y técnicas de tiempo real.



Prueba escrita: 70%

Seminario/Laboratorio: 30% divididas en:

Trabajos individuales: 20% (Evaluación de la fase básica: prueba en máquina)

Trabajos en grupo 10% (Evaluación de la fase avanzada: realización de informe)

Para aprobar la asignatura se debe obtener al menos un 50% de la nota.



La renuncia a la evaluación continua será notificada por correo electrónico a la coordinadora de la asignatura. El escrito de renuncia se deberá presentar durante las 5 primeras semanas de impartición de la asignatura. En caso de renuncia, el alumnado realizará un examen escrito y/o en máquina complementario para evaluar este 50% el día del examen final (convocatoria ordinaria). En dicha evaluación se podrán incluir contenidos de todo el contenido impartido en los seminarios y laboratorios.

Convocatoria extraordinaria: orientaciones y renuncia

En el caso de que se suspenda la asignatura en la evaluación ordinaria, se podrá mantener la nota de la parte aprobada en la evaluación extraordinaria (es decir, la nota obtenida en la evaluación continua o en el examen final). En este caso, el alumnado solo deberá examinarse de la parte que no haya superado en la evaluación ordinaria.

Examen-parte evaluación continua (50% de la nota final):

Se realizará un único examen escrito y/o en máquina que podrá incluir contenidos de todo el contenido teórico-práctico de la asignatura.

Examen-parte Examen final (50% de la nota final):

Prueba escrita (50%)

Temario

TEMARIO TEORICO (20 Sesiones de 1,5h):

Tema 1. Introducción a la asignatura. Aspectos básicos. Contextualización. Metodología docente. Evaluación.

Tema 2. Conceptos básicos de sistemas de Tiempo Real. Atributos temporales. Características principales. Ejemplos de sistemas de tiempo real. Arquitecturas síncrona y asíncrona.

Tema 3. Conceptos básicos de concurrencia. Procesos y threads. Comunicación y sincronización basada en variables compartidas. Comunicación y sincronización basada en mensajes.

Tema 4. Gestión del tiempo. Sistemas de referencia estándar. Medida del tiempo y relojes. Retardos y

activación de tareas. Tareas periódicas y esporádicas. Límites temporales (timeouts). Requisitos

temporales. Marco temporal de ejecución.

Tema 5. Diseño de sistemas de tiempo real. Métodos y herramientas. Fases del diseño. Diseño

arquitectónico. Componentes de tiempo real. Realización. Componente periódico, esporádico,

protegido y pasivo.

Tema 6. Planificación de tareas. Planificación cíclica. Ejecutivos cíclicos. Características. Planificación basada en prioridades. Asignación de prioridades. Análisis de los tiempos de respuesta. Acceso a recursos compartidos. Bloqueos directos e indirectos. Protocolos de herencia de prioridad. Planificación dinámica.



DESARROLLO DEL TEMARIO DE SEMINARIOS (10 sesiones 1,5 horas):

- Concurrencia en ADA.

- Gestión del tiempo en ADA

- Diseño de sistemas de tiempo real

- Planificación de tareas en ADA

DESARROLLO DEL TEMARIO DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO (7 sesiones con un total de 15 h):

Sesión 1- Concurrencia: creación de tareas

Sesión 2- Concurrencia: comunicación basada en variables compartidas.

Sesión 3- Realización de tareas de Tiempo Real.

Sesión 4- Prueba en máquina

Sesión 5- Prácticas con maquetas

Sesión 6- Prácticas con maquetas

Sesión 7- Prácticas con maquetas

Bibliografía

Materiales de uso obligatorio

Documentación correspondiente a las transparencias de apoyo a la teoría, seminarios y laboratorio se encuentra en el aula virtual de la asignatura.

Bibliografía básica

Sistemas de Tiempo Real y Lenguajes de Programación (3ª Edición). Alan BURNS y Andy WELLINGS. Editorial:ADDISON-WESLEY Iberoamericana España (2003). ISBN: 8478290583 (versión original: http://www.cs.york.ac.uk/rts/books/RTSBookThirdEdition.html)



Concurrent and Real-Time Programming in Ada. Alan Burns y Andy Wellings. Cambridge University Press (2007). ISBN-13: 9780521866972.

Bibliografía de profundización

M. H. Klein, T. Ralya, B. Pollack, R. Obenza, M. Gonzalez Harbour. "A Practitioner's Handbook for Real-time Analysis". Software Engineering Institute (1993).



L.P.Briand, D.M. Roy. Meeting Deadlines in Hard Real-Time Systems. The Rate Monotonic Approach. IEEE



Computer Society (1997).



Ada 2005 Reference Manual, Language and Standard Libraries“. S. Tucker Taft, Robert A. Duff, Randall L.Brukardt, Erhard Ploedereder, Pascal Leroy. International Standard ISO/IEC 8652/1995 (E) with Technical Corrigendum 1 and Amendment 1, Ed. Springer (2005). ISBN-13: 978-3-540-69335-2.

Revistas

Real Time Systems http://www.springerlink.com/content/100334/

Enlaces

Comité Español de Automática - Grupo de Computadores y Control



http://www.cea-ifac.es/wwwgrupos/treal/index.html



IEEE Computer Soc. Real Time Systems Committee http://tcrts.org/



AdaCore. The GNAT Pro Company: http://www.adacore.com



Comité Español de Automática. http://www.cea-ifac.es/



IFAC-International Federation of Automatic Control. http://www.ifac-control.org/