Kiberfizikai rendszerek

Átírás

1 Kberfzka rendszerek A fzka vonatkozásokról utolsó folytatás folytatása december 1. 1

2 Edward Ashford Lee, Sanjt Arunkumar Sesha Department of Electrcal Engneerng and Computer Scences (EECS) at UC Berkeley. Introducton to Embedded Systems A Cyber-Physcal Systems Approach Second Edton, LeeSesha.org, I Modelng Dynamc Behavors II Desgn of Embedded Systems III Analyss and Verfcaton 2

3 Cyber-Physcal Systems a Concept Map Humans n the Loop POSSIBLY WITH ARE Control Systems Cyber-Physcal Systems HAVE APPLICATION IN THAT ARE REQUIRE Cyber Securty Communcaton Consumer Energy Infrastructure Health Care Manufacturng Mltary Robotcs Transportaton Networked and-or Dstrbuted Adaptve and Predctve Intellgent Real Tme Reslence Prvacy Malcous Attacks Intruson Detecton Improved Desgn Tools THAT ENABLE Desgn Methodology THAT SUPPORT Assurance Certfcaton Specfcaton, Modelng, and Analyss Scalablty and Complexty Management Valdaton and Verfcaton POSSIBLY WITH Models of Computaton OF Smulaton THROUGH Wreless Sensng and Actuaton Stochastc Models Contnuous and Dscrete Hybrd and Heterogeneous Models Networkng Interoperablty Tme Synchronzaton Modularty and Composablty Synthess Interfacng wth Legacy Systems 3

4 A konkurens szoftverek problémá Edward A. Lee: A fő probléma az, hogy a konkurens szoftvereket domnálják a szálak. A szálak: szekvencáls számítások megosztott memórahasználattal. Az nterruptok: a hardver által ndított szálak. A szálak között érthetetlen kölcsönhatások számos problémát okoznak: Holtpont, prortás nverzó, ütemezés anomálák, az dőzítések változékonysága, nemdetermnsztkus vselkedés, buffer túlcsordulás, rendszer összeomlás... Állítja: A szálakkal megírt nemtrváls szoftverek az emberek számára érthetetlenek, és trváls esetektől eltekntve képtelenek jósolható és megsmételhető vselkedésre. A szálak felől nézve a vlágegyetem egész állapota megváltozhat két atomkus művelet között: rosszul meghatározott elgondolás. Még szerencse, hogy a fzka vlág nem így működk! A megosztott memórát használó konkurens programok azért érthetetlenek, mert a fzka vlág konkurencája nem így működk. Jelenleg az a helyzet, hogy olyan absztrakcók alapján építünk beágyazott alkalmazásokat, amelyekben az dő rreleváns, és olyan konkurenca modelleket használunk, amelyek érthetetlenek. 4

5 A konkurens szoftverek problémá A kber oldal fzkalzálása : a szoftver és hálózat komponensek felruházása olyan absztrakcókkal és nterfészekkel, amelyek reprezentálják dőben dnamkájukat. A fzka oldal kberzálása : A fzka alrendszerek felruházása kber-szerű absztrakcókkal és nterfészekkel. 5

6 A konkurens szoftverek problémá Edward A. Lee: Legyen a vselkedés jósolható, ne csak átlagos vselkedésről beszéljünk. Legyen az dőben vselkedés s annyra fontos, mnt a logka funkcó. Javaslat: Precson-Tmed (PRET) Machnes Utasításkészletek dőzítéssel kegészítve Jósolható memóra menedzsment Programozás nyelvek dőzítéssel kegészítve Jósolható konkurens vselkedés Precízós hálózatok Komponálható dőzített komponensek Memóra herarcha Objektum-orentált vs. aktor-orentált Példák aktor-orentált rendszerekre UML 2 and SysML (actvty dagrams) ASCET (tme perods, nterrupts, prortes, preempton,.) Autosar (software components w/ sender/recever nterfaces) Smulnk (contnuous tme, The MathWorks) LabVIEW (structured dataflow, Natonal Instruments) SCADE (synchronous, based on Lustre and Esterel) CORBA event servce (dstrbuted push-pull) ROOM and UML-2 (dataflow, Ratonal, IBM) VHDL, Verlog (dscrete events, Cadence, Synopsys,...) Modelca (contnuous tme, constrant-based, Lnkopng) OPNET (dscrete events, Opnet Technologes) SDL (process networks) Occam (rendezvous) SPW (synchronous dataflow, Cadence, CoWare) 6

7 P klens A server B server Q klens E1 esemény t t t t Relatvsztkus hatás Tovább valós-dejű vonatkozások E2 esemény duplkált fékpedál szenzor Kommunkácó Csomópontok Megegyezés protokollok -edk HOST Csomópontok 1-10 Technológa Alarm egység Transport Protocol Handler Network-Access-Control Handler Kommunkácós hálózat 100% ~10% ~16 ~180 Aktív vészjelzések/100 ms k-adk HOST Csatorna khasználtság TPH Kommunkácó ET TT NACH H M L S1 R T D WCET? C a /r s R f d n 1 S1 C I C k hp n S1 7 R T k C Ütemezés k

8 A. Modellezés és szmulácós eszközök: Am elmaradt 1. Ptolemy II s an open-source software framework supportng expermentaton wth actor-orented desgn. Actors are software components that execute concurrently and communcate through messages sent va nterconnected ports. A model s a herarchcal nterconnecton of actors. In Ptolemy II, the semantcs of a model s not determned by the framework, but rather by a software component n the model called a drector, whch mplements a model of computaton. 2. Modelca s an object-orented, declaratve, mult-doman modelng language for component-orented modelng of complex systems, e.g., systems contanng mechancal, electrcal, electronc, hydraulc, thermal, control, electrc power or processorented subcomponents. B. Vsszacsatolt CPS rendszerek stabltáselmélet megközelítése C. És még nagyon-nagyon sok mnden! 8