Лаборатория Вычислительных Комплексов кафедра АСВК Методы и средства

Лаборатория Вычислительных Комплексов кафедра АСВК Методы и средства моделирования встроенных систем Докладчик: Дмитрий Волканов, dimawolf@cs. msu. su Презентация: Волканов Д. Ю. , Савенков К. О. , Чистолинов М. В.

План доклада • • • Что такое встроенная система? Что такое моделирование? Практическое применение Направления исследований Темы курсовых работ

Встроенные системы Встроенная система (англ. embedded system) — это специализированная компьютерная система, в которой компьютер входит в состав устройства. Распределённая встроенная система = информационная сеть + устройства.

Примеры встроенных систем

Особенности встроенных систем • Программно-аппаратный комплекс • Решение конкретной задачи в конкретных условиях – Специфический интерфейс – ВС реального времени • • • Ограниченные аппаратные ресурсы Повышенные требования к надёжности Сложность обновления ПО Высокая цена ошибки Требование постоянной работы

Особенности разработки встроенных систем • Необходимость до начала испытаний гарантировать: – Надёжность – Работу в реальном времени – Правильность взаимодействия компонентов • Разработка ПО в условиях неполной готовности аппаратуры • Высокий риск отладки на “железе”

Процесс разработки ВС Анализ требований Проектирование Архитектура системы Ро ис ст ош пр це иб авл ны ки ен ия Детальный проект Структура реализации Мах цена исправлений Реализация Тестирование Отладка Внедрение Эксплуатация

Процесс разработки ВС S/W H/W Анализ требований Проектирование Архитектура системы Ро ис ст ош пр це иб авл ны ки ен ия Проектирование Архитектура системы Детальный проект Структура реализации Реализация Тестирование Отладка Интеграция Внедрение Эксплуатация

Моделирование • Модель объекта – более простой объект, сохраняющий интересующие свойства исходного объекта • Моделирование – исследование или применение модели объекта вместо самого объекта • Полунатурное моделирование – моделирование с использованием аппаратных компонентов

Имитационное моделирование Физическая система СОСТОЯНИЕ ПОВЕДЕНИЕ ВРЕМЯ ПЕРЕМЕННЫЕ ПРОГРАММА >>> Имитационная модель simulation() { double clock; . . . }

Имитационное моделирование • • • Программа имитационной модели Инструментальная машина Входная нагрузка Имитационный эксперимент Трасса имитационного эксперимента Анализ трассы

Применение имитационного моделирования • Отладка ПО – Модель аппаратной части • Проектирование аппаратуры – Моделирование различных аппаратных конфигураций • Отладка аппаратуры – Моделирование ПО • Интеграция – Модели недостающих компонентов системы – Моделирование окружающей среды

Предметная область Встроенная система Окружающая среда Датчики и манипуляторы Имитационная модель Модель нагрузки Модель окружения ПО Коммуникации Аппаратура Модель ПО Модель аппаратуры Среда моделирования Средства статического анализа Анализ результатов экспериментов Среда задания входной нагрузки Среда прогона Инструментальная машина

Практическое применение • Моделирование аппаратуры встроенной системы для отладки программ «на модели» – Работы с НТЦ «Модуль» – Задачи: • Отладка программ для встроенных систем без использования реальной аппаратуры • Низкоуровневая отладка, невозможная на реальной аппаратуре • Получение точных временных характеристик программ – Инструмент: «Модель NM»

Практическое применение • Выбор архитектуры встроенного вычислителя – Работы с ОКБ Сухого – Задачи: • Расчёт загрузки процессора центральной вычислительной системы самолёта • Расчёт загрузки бортовых каналов • Обоснование выбора архитектуры – Инструмент: среда моделирования «Диана» ЛВК 2009 15

Практическое применение • Интеграция многокомпонентной встроенной системы – Работы с ОКБ Сухого и ЦНИИ Электроприбор – Задачи: • Имитация «окружения» для интегрируемых устройств в реальном времени • Регистрация обменов устройств по каналам • Анализ правильности взаимодействия устройств • Отладка программ для встроенных систем без использования «железа» – Инструмент: стенд полунатурного моделирования ЛВК 2009 16

Структура стенда ПНМ Стенд моделирования ИУП Устройства КБО

Практическое применение • Разработка системного ПО для встроенных систем (видеочипсетов) – Работы с НТЦ «Модуль» – Задачи: • Разработка компонентов ядра Linux для встроенных систем без использования бортовых вычислителей • Разработка системных служб и библиотек • Разработка драйверов под ОС Linux – Инструмент: С++

Инструментальные средства

Направления исследований • Методология моделирования – Средства моделирования конвейерных вычислителей – Распределённое имитационное моделирование – Полунатурное имитационное моделирование – Масштабирование имитационных моделей – Расширяемые среды моделирования

Направления исследований • Методология анализа – Визуализация результатов экспериментов – Интеллектуальный анализ трасс имитационных экспериментов – Анализ надёжности встроенных систем – Верификация и тестирование ПО встроенных систем

Направления исследований • Инструментальная поддержка – Развитие среды моделирования в реальном времени (на основе Linux) – Развитие графических сред разработки имитационных моделей (IDE) – Разработка отладчиков для встроенных систем – Разработка компиляторов для встроенных систем – Разработка средств компактного представления программы

Направления исследований • Смежные направления – Средства принятия решений при выборе конфигурации встроенной системы – Развитие средств ОС GNU/Linux – Безопасность встроенных систем – Встроенные системы обеспечения информационной безопасности

Направления курсовых работ на 2010 -2011 год(1) • Автоматическое тестирование моделей интегрируемых устройств • Средства анализа интеллектуальных транспортных систем • Многокритериальная оптимизация надёжности ВС • Исследование надёжности ПО при помощи различных метрик

Направления курсовых работ на 2010 -2011 год (2) • Современные решения в области разработки графических интерфейсов • Поддержка миграции пользовательских сеансов в ОС Linux • Развитие методов и средств организации рабочих мест на тонких клиентов

Просеминар Лаборатории Вычислительных Комплексов (кафедра АСВК) лекций Расписание Руководитель ЛВК: д. ф. -м. н. , профессор Смелянский Р. Л. Время проведения просеминара: по пятницам в 16 -20 в аудитории П-12 Спецсеминары ЛВК: • Моделирование встроенных систем • Синтез архитектур и планирование вычислений • Информационная безопасность и сети ЭВМ • Информационные системы в Интернет и базы данных" Приглашаются № Лекторы Тема доклада Дата 1 Смелянский Р. Л. Обзор актуальных задач в области анализа и проектирования встроенных систем, планирования информационного обмена, информационной безопасности, поиска в сети Интернет 12. 03 2 Балашов В. В. Костенко В. А. 19. 03 Алгоритмы и средства планирования вычислений во встроенных системах реального времени/ Машинное обучение. 3 Волканов Д. Ю. Чистолинов М. В. Методы и средства моделирования встроеныых систем 26. 03 4 Козлов Д. Д. Алгоритмы автоматического поиска в сети Интернет Методы добычи информации из Интернет Методы анализа web-приложений для обнаружения уязвимостей 02. 04 5 Гамаюнов Д. Ю. Качалин А. И. Современные проблемы информационной безопаcности и подходы к их решению 09. 04 6 Прус В. В. Разработка пользовательских интерфейсов 16. 04 Герасёв А. В. Ющенко Н. В. Вычислительные ресурсы ЛВК Сайт ЛВК: http: //lvk. cs. msu. su E-mail: info@lvk. cs. msu. su