Rendszertervezés és -integráció

Design and Integration of Embedded Systems

A tantárgyleírás hatályossága

Hatályosság kezdete:

2026. March 21.

Hatályosság vége:

—

Tantárgy neve (magyarul, angolul)

Rendszertervezés és -integráció

Design and Integration of Embedded Systems

Tantárgykód

BMEVIMIMA11

Tantárgyjelleg

—

Képzési szint

—

Kurzustípusok és óraszámok (heti/féléves)

Kurzustípus	elmélet	gyakorlat	laboratóriumi gyakorlat
óraszám (heti)	2	1	0
jelleg (kapcsolt/önálló)	—	kapcsolt	—

Tanulmányi teljesítmény/értékelés típusa

vizsga

Tantárgy kreditértéke

Tantárgyfelelős

DR. Majzik István

beosztás: egyetemi docens

elérhetőség: majzik.istvan@vik.bme.hu

Tantárgyat gondozó oktatási szervezeti egység

Mesterséges Intelligencia és Rendszertervezés Tanszék

Kar

Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Tantárgy weboldala

http://www.mit.bme.hu/oktatas/targyak/vimima11

Tantárgy elsődleges mintatantervi jellege

—

Közvetlen előkövetelmények – Erős előkövetelmény

nincs

Közvetlen előkövetelmények – Gyenge előkövetelmény

nincs

Közvetlen előkövetelmények – Párhuzamos előkövetelmény

nincs

Közvetlen előkövetelmények – Mérföldkő előkövetelmény

nincs

Közvetlen előkövetelmények – Kizáró feltétel

nincs

Célkitűzés

Tantárgyprogram

1. Fejlesztési folyamatok, életciklus modellek és minőségbiztosítás szerepe a rendszertervezés során. A CMMI alapjai.

2. Projekttervezés. Követelmények, verziók és konfigurációk kezelése. Gyakorlat: Követelménykezelés (követhetőség), konfigurációmenedzsment és verziókezelés (pl. DOORS, SVN, Trac).

3. A V-modell szerinti fejlesztési életciklus lépései. Követelmények analízise.

4. Logikai és technikai architektúrák tervezése. Hardver és szoftver együttes tervezés. Modell alapú tervezés (pl. Simulink, Stateflow). Hardver és szoftver komponensek specifikálása, tervezése, megvalósítása és integrációja. Beágyazott rendszerekre jellemző specialitások és megkötések.

5. Követelmények és tervek ellenőrzése: Általános elvárások, a teljesség, ellentmondás-mentesség és tesztelhetőség kritériumai. Forráskód ellenőrzés (hibaminta keresés, kódolási szabályok ellenőrzése). Gyakorlat: Forráskód ellenőrzés statikus analízissel. Dokumentáció generálása (DoxyGen).

6. Tesztelési alapfogalmak áttekintése (az ISTQB ajánlásai). Komponens szintű (unit) tesztelés specifikáció alapú (funkcionális, fekete doboz) és struktúra alapú (üvegdoboz) tesztelési módszerekkel. Teszt fedettségi mértékek és teszt minőségi jellemzők. A modellalapú teszttervezés lehetőségei. Gyakorlat: Komponens (unit) tesztelés. Teszt fedettség mérése.

7. Integrációs és rendszertesztelés: Alulról felfelé és felülről lefelé történő inkrementális tesztelés. A rendszertesztelés és a validációs tesztelés tipikus módszerei. Monitorozás és debuggolás.

8. Integrációs tesztelés model-, software-, processor-, hardware-in-the-loop (MIL, SIL, PIL, HIL) módszerekkel. Gyakorlat: HIL tesztelési környezet összeállítása, egy tipikus HIL tesztfejlesztő környezet (pl. NI VeriStand) használatának bemutatása.

9. A rendszer- és szoftverbiztonság koncepciója: Baleset, kockázat, biztonság fogalma. A biztonságintegritási szint. A megbízhatóság, rendelkezésre állás és a biztonságosság kritériumai és mérőszámai. Gyakorlat: Biztonsági követelmények specifikálása. Biztonságkritikus rendszerek fejlesztési szabványai (az IEC 61508 alapján).

10. Az architektúra tervezés alapelvei és tipikus megoldásai biztonságkritikus rendszerek esetén: A biztonságos működés általános feltételei hibák bekövetkezésekor. Architektúra tervezési minták fail-stop illetve fail-operational jellegű működéshez.

11. Hibatűrés állandósult és tranziens hardver hibák esetén (TMR, NMR struktúrák, a hibadetektálás és helyreállítás szoftveres módszerei). Hibatűrés szoftver tervezési hibák esetén (N-verziós programozás, javító blokkok). Az egyes megoldások erőforrás- és időigénye. Gyakorlat: Architektúra tervezési minták használata. Architektúra tervek készítése modellező eszközzel. Egy SCADA rendszer architektúrájának elemzése (mintapélda).

12. A veszély analízis módszerei a tervezői döntések elemzéséhez: A veszély analízis alapvető módszereinek áttekintése. Kvalitatív és kvantitatív veszély analízis technikák: Hibafa, eseményfa, ok-következmény analízis, FMEA, FMECA. Kockázati mátrix felépítése az analízis alapján. Az általános kockázatcsökkentési módszerek áttekintése.

13. Megbízhatósági analízis módszerek a szolgáltatásbiztonsági követelmények teljesítésének igazolásához: Kombinatorikus modellek használata komponensek független hibái esetén. A megbízhatósági blokk diagram felépítése, soros, párhuzamos, szavazásos struktúrák analízise. Gyakorlat: Hibafa és eseményfa konstrukciója, megbízhatósági blokk diagram összeállítása. Egy SCADA rendszer megbízhatósági analízise (mintapélda).

14. A formális modelleken alapuló tervezés, helyességigazolás és kódgenerálás: Formális modellek időfüggő viselkedésű beágyazott vezérlőkhöz. A követelmények formalizálása temporális logikákkal. Formális verifikáció modellellenőrzéssel (mintapélda). Kódgenerálás időzített automata modellek alapján. Monitor szintézis a biztonsági követelmények futásidőbeli ellenőrzéséhez.

A tantárgy célja azoknak a módszereknek a bemutatása, amelyek szükségesek beágyazott rendszerek szisztematikus fejlesztéséhez. Hangsúlyos szerepet kapnak a fejlesztési életciklus modellek (pl. V-modell, iteratív modellek), valamint olyan, a teljes fejlesztési folyamatot átfogó megoldások, mint a minőségbiztosítás, a projekttervezés, valamint a követelmények, verziók és konfigurációk kezelése. A rendszertervezési módszerek között, építve a korábban megismert építőelemekre és technológiákra, a tantárgy bemutatja a hardver és szoftver együttes tervezés valamint a komponens integrálás technikáit, ezek között kitérve a modell alapú fejlesztésre is. A tárgy hangsúlyosan tárgyalja azoknak a beágyazott rendszereknek a tervezési specialitásait, amelyek működése hozzájárulhat veszély, illetve adott környezeti feltételek mellett baleset vagy anyagi kár kialakulásához (ilyen rendszereket találunk például a közlekedési, egészségügyi, folyamatirányítási alkalmazásokban). Ennek során a hallgatók megismerik a biztonságkritikus rendszerek (sok esetben szabványban is rögzített) konstrukciós alapelveit, a tervezői döntéseket igazoló biztonsági és megbízhatósági analízist, valamint a szisztematikus verifikáció módszereit. A tárgy gyakorlatai konkrét eszközöket és technológiákat mutatnak be a követelménykezelés, konfigurációmenedzsment, forráskód ellenőrzés, komponens tesztelés, integrációs tesztelés, rendszertesztelés, veszély analízis és modell alapú tervezés tipikus feladatainak elvégzéséhez.

Tanulmányi eredmények

Ez a tantárgy a KKK rendeletben meghatározott, következő kompetenciák fejlesztését szolgálja:

Tudás

Nincsenek rögzített tanulási eredmények.

Képességek

Nincsenek rögzített tanulási eredmények.

Attitűd

Nincsenek rögzített tanulási eredmények.

Autonómia és felelősség

Nincsenek rögzített tanulási eredmények.

Oktatási módszertan

Előadás és gyakorlat.

Tanulástámogató anyagok

Online források

Frank Vahid, Tony d. Givargis: Embedded System Design: A Unified Hardware/Software Introduction. John Wiley & Sons, 2001. ISBN: 0471386782; Neil Storey: Safety-Critical Computer Systems. Addison-Wesley, 1996. ISBN: 0201427877

A tantárgy teljesítéséhez ajánlott előzetes ismeretek

Tudás típusú kompetenciák

(azon előzetes ismeretek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)

A Rendszerarchitektúrák tantárgy anyaga A Beágyazott rendszerek szoftvertechnológiája tantárgy anyaga

Képesség típusú kompetenciák

(azon előzetes képességek és készségek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)

nincs

Ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák

(azon ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák összessége, amelyek jelentősen hozzájárulnak a tantárgy eredményes teljesítéséhez)

A Rendszerarchitektúrák tantárgy anyaga A Beágyazott rendszerek szoftvertechnológiája tantárgy anyaga

Általános szabályok

Követelmények: A szorgalmi időszakban: Az aláírás megszerzéséhez egy zárthelyi dolgozat legalább elégséges szintű megírása szükséges. A vizsgaidőszakban: A vizsga írásbeli vizsga. Pótlási lehetőségek: Egy pótzárthelyi a szorgalmi időszakban a TVSZ szerint.

Teljesítményértékelési módszerek

Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása

Nincs megadva részletes értékelés.

Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részaránya

Nincs megadva részarány.

Vizsgaidőszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása

Nincs megadva részletes értékelés.

Vizsgarészek részaránya

Nincs megadva részarány.

Érdemjegy megállapítása

Nincs megadva érdemjegy határ.

Jelenléti és részvételi követelmények

Nincs megadva jelenléti követelmény.

Javítás, ismétlés és pótlás különös szabályai

Nincs megadva.

Rövid leírás

Nincs megadva.

Részletes leírás

Nincs megadva.

Ajánlott tantárgyak

Nincs.

A tantárgy elvégzéséhez szükséges tanulmányi munka

Nincs megadva munkaidő bontás.

Tantárgykövetelmények hatályossága

Tantárgykövetelmények hatályosságának kezdete:

—

Tantárgykövetelmények hatályosságának vége:

—

Tantervi elhelyezés

Nincsenek rögzített tantervi elhelyezések ehhez a tárgyverzióhoz.