You are not allowed to perform this action

سیستم‌های نهفته و بی‌درنگ

Embedded and Real-Time Systems

مقطع: کارشناسی گرایش: -
نوع درس: نظری تعداد واحد: ۳
پیش‌نیاز: معماری کامپیوتر هم‌نیاز: –

هدف کلی

هدف از این درس آشنایی با اصول مدل‌سازی، طراحی، و تحلیل سیستم‌های نهفته و بی‌درنگ، به عنوان اجزای پایه در کاربردهای متنوع اینترنت اشیا و سامانه‌های رایافیزیکی است.

سرفصل‌ها

  1. حسگرها و عملگرها
    • معرفی حسگرهای آنالوگ
    • معرفی حسگرهای دیجیتال
    • مدل‌سازی رفتار حسگرها
    • برخی معیارها و ویژگی‌ها جهت شناخت و انتخاب حسگر مناسب
    • مثالهایی از چند حسگر و نحوه طراحی آن‌ها
    • مختصری پیرامون عملگرها و بررسی مقدماتی چند مثال
    • آشنایی اولیه با مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال و دیجیتال به آنالوگ
  2. مبانی سخت‌افزار کامپیوترهای نهفته
    • میکروکنترلرها: معرفی میکروکنترلر، دلایل اهمیت میکروکنترلر در سامانه‌های نهفته، معماری میکروکنترلر، تبدیل آنالوگ به دیجیتال، پورت‌ها، ارتباطات سریال در میکروکنترلرها، یک مثال از سیستم‌های کنترلی خودکار
    • وقفه‌ها
    • تایمرها
    • انواع حافظه و مدیریت داده
    • ارتباطات سریال
  3. زبان ماشین و ساختار پردازنده‌های نهفته
    • تاکید بر مثال‌های نمونه از خانواده ARM/RISC-V
    • ASIC/ASIP
    • ثابت‌افزار در پردازنده‌های نهفته
  4. برنامه‌نویسی سیستم‌های نهفته و موبایل
  5. مقدمه‌ای بر مدل‌سازی دینامیک سیستم‌های نهفته و بی‌درنگ
    • دینامیک پیوسته
    • دینامیک گسسته
    • دینامیک ترکیبی
  6. تخمین معیارهای کمی (نظیر زمان اجرای) برنامه‌ها
    • معرفی بدترین زمان اجرا و فاکتورهای اثرگذار از منظر ساختار سخت‌افزار و برنامه
    • مدل‌سازی برنامه به صورت گراف
    • تحلیل‌های پایه در سطح کد برنامه و روش‌های اندازه‌گیری
    • فرمول‌سازی و حل مسئله
    • آشنایی با سایر معیارهای کمی (نظیر حافظه و توان مصرفی)
  7. مدل‌های وظیفه و الگوریتم‌های زمان‌بندی بی‌درنگ
    • مدل‌سازی وظایف دوره‌ای و غیردوره‌ای
    • الگوریتم‌های زمان‌بندی بی‌درنگ مبتنی بر زمان
    • الگوریتم‌های زمان‌بندی بی‌درنگ مبتنی بر رویداد
    • گراف وظایف و الگوریتم‌های زمان‌بندی مربوط
  8. سیستم عامل‌های بی‌درنگ و روش‌های مدیریت منابع
    • انواع سیستم عامل‌ها و معماری مرتبط
    • وارونگی اولویت و پروتکل‌های دسترسی به منابع
  9. مباحث تکمیلی در سیستم‌های نهفته و بی‌درنگ (بنا به انتخاب مدرس)
    • مقدمه‌ای بر توصیف، طراحی و تحلیل سیستم‌های (نرم‌افزارهای) بی‌درنگ و نهفته
    • گذار به کاربردهای اینترنت اشیا
    • تحلیل و بهینه‌سازی نسبت به برخی معیارهای غیرعملکردی (نظیر قابلیت اطمینان و انرژی مصرفی)

ارزیابی پیشنهادی

  • آزمون میان‌ترم: ۳۰٪
  • آزمون پایان‌ترم: ۳۰٪
  • تمرین و پروژه: ۴۰٪

منابع پیشنهادی

  1. P. Marwedel. Embedded System Design: Embedded Systems, Foundation of Cyber-Physical Systems, and the Internet of Things. 4th Edition, 2021.
  2. E. A. Lee and S. A. Seshia. Introduction to Embedded Systems: A Cyber-Physical Systems Approach. 2nd Edition, MIT Press, 2017.
  3. OMG. UML Profile for MARTE: Modeling and Analysis of Real-time and Embedded Systems. 2023.
  4. G. Buttazzo. Hard Real-Time Computing Systems: Predictable Scheduling Algorithms and Applications. 4th Edition, 2024.
  5. G. Buttazzo, G. Lipari, L. Abeni, and M. Caccamo. Soft Real-Time Systems: Predictability vs. Efficiency. Springer, 2005.