1. SylabUZ
2. Faculty of Computer Science, Electrical Engineering and Automatics
3. winter term 2019/2020
4. Computer Science - Second-cycle studies leading to MSc degree
5. Designing of integrated cyber-phisical systems

Generate PDF for this page

Designing of integrated cyber-phisical systems - course description

Aim of the course

• Zapoznanie studentów z metodami projektowania zintegrowanych systemów cyber-fizycznych.
• Ukształtowanie wśród studentów podstawowych umiejętności w zakresie projektowania, analizy oraz implementacji zintegrowanych systemów cyber-fizycznych

Prerequisites

Save changes

Scope

Wprowadzenie: systemy cyber-fizyczne (ang. cyber-physical systems, CPS), systemy inteligentne (smart systems), internet rzeczy (Internet of Things, IoT), systemy zintegrowanie oraz rozproszone.

Ogólna ścieżka projektowania zintegrowanych systemów cyber-fizycznych: specyfikacja, analiza (w tym walidacja i weryfikacja), dekompozycja oraz synchronizacja, modelowanie zdekomponowanego systemu, weryfikacja funkcjonalna, implementacja.

Graficzne metody specyfikacji systemów cyber-fizycznych: sieci Petriego, interpretowane sieci Petriego, sieci binarne, diagramy UML.

Metody analizy systemów cyber-fizycznych: walidacja, weryfikacja formalna, analiza relacji współbieżności (przestrzeni stanów systemu) oraz sekwencyjności z zastosowaniem algebry liniowej, teorii grafów oraz hipergrafów. Złożoność obliczeniowa algorytmów analizy systemów cyber-fizycznych.

Dekompozycja i synchronizacja systemu cyber-fizycznego: podział na komponenty (składowe automatowe), metody dekompozycji systemów cyber-fizycznych (algebra liniowa, teoria grafów, teoria hipergrafów). Domeny czasowe (time domains) oraz metody synchronizacji zdekomponowanego systemu.

Modelowanie zdekomponowanego systemu: modelowanie zdekomponowanych komponentów jako skończone automaty stanów (automat Moore'a, automat Mealy'ego, układ mikroprogramowany), opis w językach opisu sprzętu (Verilog, VHDL).

Implementacja systemu: logiczna synteza i implementacja systemu, fizyczna implementacja w układzie FPGA.

Statyczna częściowa rekonfiguracja zaimplementowanego systemu: mechanizm statycznej częściowej rekonfiguracji FPGA (z zatrzymaniem układu), ścieżka projektowa zintegrowanego systemu cyber-fizycznego pod kątem późniejszej statycznej częściowej rekonfiguracji.

Dynamiczna częściowa rekonfiguracja zaimplementowanego systemu: mechanizm dynamicznej częściowej rekonfiguracji FPGA (bez zatrzymania układu), ścieżka projektowa zintegrowanego systemu cyber-fizycznego pod kątem późniejszej dynamicznej częściowej rekonfiguracji.

 

Teaching methods

Wykład: wykład konwencjonalny, dyskusja

Laboratorium: zajęcia praktyczne, ćwiczenia laboratoryjne

Projekt: metoda projektu

Learning outcomes and methods of theirs verification

Outcome description	Outcome symbols	Methods of verification	The class form

Assignment conditions

Wykład - warunkiem zaliczenia jest uzyskanie pozytywnych ocen z kolokwiów pisemnych lub ustnych przeprowadzonych co najmniej raz w semestrze

Laboratorium - warunkiem zaliczenia jest uzyskanie pozytywnych ocen ze wszystkich ćwiczeń laboratoryjnych, przewidzianych do realizacji w ramach programu laboratorium

Projekt - warunkiem zaliczenia jest uzyskanie pozytywnych ocen ze wszystkich zadań projektowych, przewidzianych do realizacji w ramach zajęć projektowych.

Składowe oceny końcowej = wykład: 30% + laboratorium: 40% + projekt: 30%

Recommended reading

1. E. A. Lee, S. A. Seshia, Introduction to Embedded Systems: A Cyber-Physical Systems Approach, Cambridge, MA, USA:MIT Press, 2017.
2. R. Wiśniewski, Prototyping of Concurrent Control Systems Implemented in FPGA Devices, Cham, Switzerland:Springer, 2017.
3. I. Grobelna, R. Wiśniewski, M. Grobelny, M. Wiśniewska, "Design and verification of real-life processes with application of Petri nets", IEEE Trans. Syst. Man Cybern. Syst., vol. 47, no. 11, pp. 2856-2869, Nov. 2017.
4. L. Gomes, F. Moutinho, F. Pereira, "IOPT-tools—A Web based tool framework for embedded systems controller development using Petri nets", Proc. 23rd Int. Conf. Field Program. Logic Appl., pp. 1, Sep. 2013.

Further reading

1.  L. Gomes, A. Costa, J. P. Barros, P. Lima, "From Petri net models to VHDL implementation of digital controllers", Proc. IEEE 33rd Annu. Conf., pp. 94-99, Nov. 2007.
2. E. Best, R. Devillers, M. Koutny, Petri Net Algebra, Berlin, Germany:Springer-Verlag, 2013.
3. W. Reisig, Petri Nets: An Introduction, Berlin, Germany:Springer-Verlag, 2012.
4. Z. Li, N. Q. Wu, M. C. Zhou, "Deadlock control of automated manufacturing systems based on Petri nets—A literature review", IEEE Trans. Syst. Man Cybern. C Appl. Rev., vol. 42, no. 4, pp. 437-462, Jul. 2012.
5. M. Zhou, N. Q. Wu, System Modeling and Control With Resource-Oriented Petri Nets, Boca Raton, FL, USA:CRC Press, 2009.
6. R. Wiśniewski, G. Bazydło, L. Gomes, A. Costa, "Dynamic partial reconfiguration of concurrent control systems implemented in FPGA devices", IEEE Trans. Ind. Informat., vol. 13, no. 4, pp. 1734-1741, Aug. 2017.
7. I. Grobelna, "Model checking of reconfigurable FPGA modules specified by Petri nets", J. Syst. Archit., vol. 89, pp. 1-9, Sep. 2018.
8. R. Wiśniewski, "Dynamic partial reconfiguration of concurrent control systems specified by Petri nets and implemented in Xilinx FPGA devices", IEEE Access, vol. 6, pp. 32376-32391, 2018.
9. V. Hahanov et al., "Cyber social computing" in Social Business and Industrial Applications, Cham, Switzerland:Springer, pp. 489-515, 2019.
10. M. Szpyrka, M. Wypych, J. Biernacki, L. Podolski, "Discrete-time systems modelling and verification with Alvis language and tools", IEEE Access, vol. 6, pp. 78766-78779, Dec. 2018.
11. M.C. Golumbic, Algorithmic Graph Theory and Perfect Graphs, Academic Press, 1980.
12. R. Wiśniewski, A. Karatkevich, M. Adamski, A. Costa, L. Gomes, "Prototyping of concurrent control systems with application of Petri nets and comparability graphs", IEEE Trans. Control Syst. Technol., vol. 26, no. 2, pp. 575-586, Mar. 2018.
13. C. Berge, Hypergraphs: Combinatorics of Finite Sets, Amsterdam, The Netherlands:North Holland, 1989.

Notes

Modified by dr hab. inż. Remigiusz Wiśniewski, prof. UZ (last modification: 25-04-2019 09:38)