Guía docente de Desarrollo de Software para Sistemas Empotrados (M52/56/2/12)

Curso 2022/2023
Fecha de aprobación por la Comisión Académica 15/07/2022

Máster

Máster Universitario en Desarrollo del Software

Módulo

Módulo 6: Ingeniería del Software de Sistemas Distribuidos, Empotrados y de Tiempo Real

Rama

Ingeniería y Arquitectura

Centro Responsable del título

International School for Postgraduate Studies

Semestre

Primero

Créditos

3

Tipo

Optativa

Tipo de enseñanza

Presencial

Profesorado

  • Juan Antonio Holgado Terriza
  • Pablo Antonio Pico Valencia

Tutorías

Juan Antonio Holgado Terriza

Email
  • Primer semestre
    • Lunes 10:30 a 13:30 (Etsiit Despacho 13 3ª Pla)
    • Miercoles 10:30 a 13:30 (Etsiit Despacho 13 3ª Pla)
    • Miércoles 10:30 a 13:30 (Etsiit Despacho 13 3ª Pla)
  • Segundo semestre
    • Lunes 13:30 a 14:30 (Etsiit Despacho 13 3ª Pla)
    • Viernes 13:30 a 14:30 (Etsiit Despacho 13 3ª Pla)

Pablo Antonio Pico Valencia

Email

Breve descripción de contenidos (Según memoria de verificación del Máster)

 - Introducción a los sistemas empotrados. Características principales. Particionamiento hardware-software. Hardware en sistemas empotrados.

- Diseño de un sistema empotrado. Lenguajes de programación. Entornos de ejecución: firmware, núcleos y sistemas operativos. Despliegue de una aplicación: esquema host-target.

- Tiempo real en Sistemas Empotrados. Gestión y control del tiempo. Planificación de tareas de tiempo real.

- Métodos y técnicas avanzadas para el desarrollo de proyectos con aplicaciones empotradas. Desarrollo de software dirigido por modelos.

- Aplicaciones actuales y nuevas vías de investigación. Redes de sensores, automatización industrial, inteligencia ambiental, instrumentación virtual, control distribuido, internet de las cosas, sensores inteligentes, mecatrónica,…

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- Introduction to embedded systems. Main features. The Hardware-Software Partition. Hardware in embedded systems.

- Design of an embedded system. Programming Languages. Runtime environmnets: firmware, kernels and operating systems. Deployment of an application: host-target scheme.

- Real Time in embedded systems. Management and control of time. Scheduling of real-time tasks.

- Methods and advanced techniques for the development of projects with embedded applications. Development of model-driven software.

- Current applications and new lines of research. Sensor networks, industrial automation, ambient intelligence, virtual instrumentation, distributed control, smart sensors, mechatronics, …

Prerrequisitos y/o Recomendaciones

No hay prerrequisitos ni recomendaciones.

Competencias

Competencias Básicas

  • CB6. Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación.
  • CB7. Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.
  • CB8. Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios.
  • CB9. Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades.
  • CB10. Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.

Resultados de aprendizaje (Objetivos)

El alumno sabrá/comprenderá:

- Reconocer las particularidades especiales de los sistemas empotrados en cuanto a su requerimiento, diseño o programación.

- Saber abordar las cuestiones de diseño de sistemas empotrados en sus variados ámbitos software-hardware.

- Conocer las técnicas de programación, lenguajes y herramientas más utilizadas para la programación de este tipo de sistemas sobre sistemas operativos convencionales o de tiempo real.

- Evaluar metodologías de diseño de desarrollo de software para entornos empotrados.

 

El alumno será capaz de:

- Diseñar y desplegar una aplicación empotrada sobre un target concreto atendiendo a los requerimientos específicos de la aplicación.

- Aplicar una metodología o proceso de desarrollo para el desarrollo de software para un entorno empotrado.

- Implementar aplicaciones sobre sistemas empotrados sin entornos de ejecución y con entornos de ejecución como, por ejemplo, un sistema operativo de tiempo real.

- Realizar pequeños proyectos de sistemas empotrados para casos prácticos realistas de domótica, telecomunicaciones, instrumentación, manufactura,... según los intereses del alumno y su orientación en el Máster.

 

El alumno tendrá actitudes para:

- Trabajar en equipo asumiendo el rol que corresponde dentro de un proyecto.

- Manifestar interés por los distintos procesos de innovación ligados a las TICs, nuevas técnicas y procedimientos.

- Valorar el impacto social que provocan los sistemas digitales en la sociedad, y en particular los sistemas empotrados.

- Favorecer la creatividad y el razonamiento crítico.

- Comunicación oral y escrita.

- Tener un compromiso ético ante el software y su desarrollo.

Programa de contenidos Teóricos y Prácticos

Teórico

1. Introducción a los sistemas empotrados. Consideraciones y requerimientos particulares del diseño de sistemas empotrados: criticidad, restricciones de tiempo real, coste por unidad, consumo de energía,... Hardware básico de un sistema empotrado. Comparación entre distintas arquitecturas de plataformas empotradas. Software básico de un sistema empotrado. Desarrollo de software para sistemas empotrados. Herramientas de programación y técnicas de depuración.

2. El hardware de un sistema empotrado. Elementos básicos de un sistema empotrado. Tipos de procesadores empotrados. Memorias. Dispositivos de E/S. Buses digitales. Redes de comunicaciones cableadas  o inalámbricas.

3. Desarrollo de software para empotrados. Introducción. Esquema host-target. Soportes de ejecución: núcleos y sistemas operativos empotrados de tiempo real. Generación de imágenes firmware (BSPs). Herramientas de programación para sistemas empotrados: Depuradores, emuladores, ensambladores, compiladores, o compiladores cruzados. Técnicas de depuración. Soporte que ofrecen los distintos lenguajes de programación para el desarrollo de aplicaciones empotradas.

4. Técnicas de programación a bajo nivel del empotrado. Manejo de E/S. Manejo de interrupciones y excepciones. Gestión de memoria. Relojes y temporizadores: Watchdog. Diseño de driver de dispositivo: modelo sincrono y asíncrono.

5. Programación de tiempo real. Tareas periódicas, aperiódicas y esporádicas. Modelos de programación. Planificación de sistemas de tiempo real: ejecutivos cíclico y basados en prioridad. Análisis temporal de tareas de tiempo real: análisis basado en el tiempo de respuesta. Mecanismos de comunicación y sincronización entre tareas.

6. Redes de comunicaciones en entornos empotrados. Redes cableadas e inalámbricas. Protocolos de comunicaciones. Modelos de programación distribuidas (paso de mensajes, objetos remotos, agentes).

7. Desarrollo de proyectos software para entornos empotrados. Métodos y técnicas avanzadas para el desarrollo de proyectos empotrados. Particionamiento Hardware/Software. Arquitectura software de un sistema. Metodología del proceso de desarrollo del sistema empotrado basado en el lenguaje UML (COMET, OCTOPUS, UML-RT, ...). Etapas del proceso de desarrollo (Análisis de los requerimientos, diseño e integración con el hardware, implementación, pruebas y mantenimiento del sistema). Ciclos de vida para el desarrollo de empotrados (desarrollo rápido de aplicaciones, prototipado rápido, ...).

8. Aplicaciones actuales y nuevas vías de investigación. Redes de sensores, automatización industrial, inteligencia ambiental, instrumentación virtual, control distribuido, sensores inteligentes, mecatrónica, …

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1. Introduction to embedded systems. Specific requirements of embedded systems design: criticality, real-time constraints, cost per unit, energy consumption, … Basic hardware of an embedded system. Comparison between different embedded architectures. Basic software of an embedded system. Software development for embedded systems. Programming tools and debugging techniques.

2. The hardware of an embedded system. Basic elements of an embedded system. Types of embedded processors. Memories. I/O Devices. Digital buses. Wired communications networks or wireless.

3. Development of software for embedded systems. Host-target scheme. Execution environment support: kernels and real time embedded operating systems. Generation of firmware images (BSPs). Programming tools for embedded systems: Debuggers, Emulators, assemblers, compilers, cross or compilers. Debugging techniques. Programming languages support for developing embedded applications.

4. Low level programming techniques for embedded systems. I/O device programming. Interrupt handling and exceptions. Memory management. Clocks and timers: Watchdog. Design of device driver: synchronous and asynchronous model.

5. Real Time programming. Periodic, aperiodic and sporadic tasks. Programming models. Scheduling of real time systems: cyclic executive and priority-based. Temporal Analysis of real time tasks: Response-Time Analysis. Mechanisms for communication and synchronization between tasks.

6. Networks in embedded environments. Wired and wireless networks. Communications protocols. Distributed programming models (message passing, remote objects, agents).

7. Software development projects for embedded environments. Methods and advanced techniques for the development of embedded projects. Hardware/Software partitioning. Software architecture of a system. Embedded system development methodology based on UML (COMET, OCTOPUS, UML-RT, ...). Stages of the development process (requirements analysis, design and integration with the hardware, implementation, testing and maintenance of the system). Life cycles for the development of embedded system (rapid application development, rapid prototyping, ...).

8. Current applications and new research lines. Sensor networks, industrial automation, ambient intelligence, virtual instrumentation, distributed control, smart sensors, mechatronics,

Práctico

Seminarios/Talleres

  • Metodología para el desarrollo de un proyecto para sistema empotrado.
  • Guía de desarrollo de aplicaciones en Arduino.
  • Desarrollo de aplicaciones en POSIX.  

Prácticas de Laboratorio:

Práctica 1. Desarrollo de aplicaciones sobre microcontroladores con recursos limitados: Arduino.

Práctica 2. Desarrollo de Aplicaciones.POSIX en entornos de ejecución de tiempo real sobre microprocesadores empotrados: Programación de un robot..

Práctica 3. Programación de sistemas empotrados con Java/Python.

Bibliografía

Bibliografía fundamental

- Software Engineering for Embedded Systems. Robert Oshana y Mark Kraeling. 2nd Edition. Newnes, 2019

- Embedded Systems Design. Steve Heath. 2nd Edition. Newnes, 2003.

- Real-Time Concepts for Embedded Systems. Qing Li and Caroline Yao. CMP Books, 2003.

- Software Engineering for Real-Time Systems. Jim Cooling. Addison Wesley, 2002.

- Computers As Components: Principles of Embedded Computing Systems Design. Wayne Wolf. Morgan Kaufman Publisher, 2001.

- Designing Concurrent, Distributed, and Real-Time Applications with UML. H. Gommaa. Prentice Hall, 2000.

- Real Time UML. B. Powell Douglass. Third Edition. Prentice Hall, 2004

Bibliografía complementaria

- Embedded Systems Architecture: A Comprehensive Guide for Engineers and Programmers. Tammy Noergaard. Newnes, 2005.

- Embedded Systems Design: An Introduction to Processes, Tools and Techniques. Arnold Berger CMP Books, 2001

Enlaces recomendados

Como apoyo a la docencia se usará la Plataforma de Recursos de Apoyo a la Docencia PRADO2 de la Universidad de Granada: https://prado.ugr.es/

Metodología docente

Evaluación (instrumentos de evaluación, criterios de evaluación y porcentaje sobre la calificación final.)

Evaluación Ordinaria

El artículo 18 de la Normativa de Evaluación y Calificación de los Estudiantes de la Universidad de Granada establece que la convocatoria ordinaria estará basada preferentemente en la evaluación continua del estudiante, excepto para quienes se les haya reconocido el derecho a la evaluación única final.

Se realizará una evaluación continua del trabajo del estudiante, valorando tanto los conocimientos adquiridos como las competencias alcanzadas.

 

Modalidad presencial:

Para la evaluación en modalidad presencial se tendrá en cuenta:

1. Asistencia y participación activa en el Aula durante la impartición del curso: interés del estudiante, respuesta a las preguntas planteadas por el profesor durante la sesión, etc.

2. Participación en foros de debate o de recogida de información. Se propondrán distintos temas de debate para que se puedan discutir en el aula o a través de la plataforma docente.

3. Resolución de ejercicios o entrega de trabajos, informes, a través de la plataforma docente. Se propondrán distintas actividades tanto teóricas como prácticas durante la impartición del curso cuya entrega se realizará a través de la plataforma docente PRADO.

4. Cuestionarios on-line. Se completarán diferentes cuestionarios durante la impartición del curso para asentar los conocimientos adquiridos.

Se tratará de realizar actividades adaptadas a la temática de los trabajos fin de máster que están realizando los estudiantes.

Se pedirá la entrega en tiempo y forma de las actividades propuestas a través de la plataforma PRADO.

La evaluación final se calculará considerando los siguientes porcentajes:

  • Asistencia y participación activa en el aula: 10%
  • Participación en foros de debate o de recogida de información: 10%
  • Resolución de ejercicios o entrega de trabajos, informes, a través de la plataforma docente: 40%
  • Cuestionarios on-line: 40%

 

Modalidad virtual:

Para la evaluación en modalidad virtual se tendrá en cuenta:

1. Participación activa a través de la plataforma: se realizarán distintas preguntas durante la impartición de los contenidos del curso.

2. Participación en foros de debate o de recogida de información. Se propondrán distintos temas de debate para que se puedan discutir en el aula o a través de la plataforma docente.

3. Resolución de ejercicios o entrega de trabajos, informes, a través de la plataforma docente. Se propondrán distintas actividades tanto teóricas como prácticas durante la impartición del curso cuya entrega se realizará a través de la plataforma docente PRADO.

4. Cuestionarios on-line. Se completarán diferentes cuestionarios durante la impartición del curso para asentar los conocimientos adquiridos.

Se tratará de realizar actividades adaptadas a la temática de los trabajos fin de máster que están realizando los estudiantes.

Se pedirá la entrega en tiempo y forma de las actividades propuestas a través de la plataforma PRADO.

 

La evaluación final se calculará considerando los siguientes porcentajes:

  • Participación activa a través de la plataforma: 10%
  • Participación en foros de debate o de recogida de información: 10%
  • Resolución de ejercicios o entrega de trabajos, informes, a través de la plataforma docente: 40%
  • Cuestionarios on-line: 40%

 

Aunque los criterios de evaluación en las dos modalidades son similares, las actividades a realizar para cada modalidad pueden diferir, al contar con herramientas distintas tanto para la adquisición de los conocimientos como para la evaluación.

A continuación se especifican las actividades formativas previstas así como su temporalización dependiendo de la modalidad de estudio:

 

 

Modalidad Semipresencial

Modalidad virtual

Actividades formativas

Hora lectivas

Horas presenciales

Presencialidad

Horas virtuales

Clases teóricas

10

10

100%

10

Clases prácticas

8

8

100%

8

Trabajos Tutorizados

2

2

100%

2

Tutorías

8

8

100%

8

Evaluación

2

2

100%

2

Trabajo Autónomo

45

45

 

45

Total

75

75

 

75

Se llevarán a cabo sesiones orales para el control, evaluación y seguimiento de todos los alumnos. Por una parte, se realizará una defensa oral de algunas entregas así como contestar a algunos cuestionarios planteados.

Se realizará el seguimiento de las incidencias y dificultades que tengan los estudiantes en la modalidad presencial y virtual a través de la herramienta PRADO

Evaluación Extraordinaria

El artículo 19 de la Normativa de Evaluación y Calificación de los Estudiantes de la Universidad de Granada establece que los estudiantes que no hayan superado la asignatura en la convocatoria ordinaria dispondrán de una convocatoria extraordinaria. A ella podrán concurrir todos los estudiantes, con independencia de haber seguido o no un proceso de evaluación continua. De esta forma, el estudiante que no haya realizado la evaluación continua tendrá la posibilidad de obtener el 100% de la calificación mediante la realización de una prueba y/o trabajo.

Evaluación única final

El artículo 8 de la Normativa de Evaluación y Calificación de los Estudiantes de la Universidad de Granada establece que podrán acogerse a la evaluación única final, el estudiante que no pueda cumplir con el método de evaluación continua por causas justificadas.

Para acogerse a la evaluación única final, el estudiante, en las dos primeras semanas de impartición de la asignatura o en las dos semanas siguientes a su matriculación si ésta se ha producido con posterioridad al inicio de las clases o por causa sobrevenidas. Lo solicitará, a través del procedimiento electrónico, a la Coordinación del Máster, quien dará traslado al profesorado correspondiente, alegando y acreditando las razones que le asisten para no poder seguir el sistema de evaluación continua.

La evaluación en tal caso consistirá en la realización de una prueba, un trabajo, y/o las actividades propuestas en la evaluación continua.

Información adicional