Informatica industriale

Capitolo 1 Introduzione ..................................................................................................................................... 6

Comportamento a stati finiti di un sistema embedded ................................................................................. 6

Macchina di Mealy..................................................................................................................................... 6

Macchina di Moore .................................................................................................................................... 7

Sistemi Event-Driven ...................................................................................................................................... 7

Modo sincrono ........................................................................................................................................... 7

Modo asincrono ......................................................................................................................................... 7

Differenza temporale ................................................................................................................................. 7

Capitolo 2 Sistemi real-time .............................................................................................................................. 8

Temporizzazione dell’algoritmo di controllo.................................................................................................. 8

Temporizzazione del ciclo di controllo ........................................................................................................... 8

Tramite timer ............................................................................................................................................. 8

Tramite clock .............................................................................................................................................. 9

WCET (Worst Case Execution Time) .............................................................................................................. 9

Esempio (metodo empirico di misura) ...................................................................................................... 9

Sottoutilizzo del processore ..................................................................................................................... 10

Tasks ............................................................................................................................................................. 10

Task non periodici .................................................................................................................................... 10

Priorità dei task ........................................................................................................................................ 11

Scheduling ................................................................................................................................................... 11

Scheduling statico .................................................................................................................................... 11

Scheduling dinamico ................................................................................................................................ 12

Sistemi con prelazione ......................................................................................................................... 12

Politiche di scheduling ......................................................................................................................... 12

FPS (Fixed-Priority Scheduling) ........................................................................................................ 12

EDF (Earlier-Deadline First) .............................................................................................................. 13

Differenze tra FPS e EDF .................................................................................................................. 13

Dipendenze tra task ................................................................................................................................. 13

Priority inheritance .............................................................................................................................. 13

Protocollo ceiling ................................................................................................................................. 13

Sistemi operativi real time (RTOS) ............................................................................................................... 14

RTOS a microkernel .................................................................................................................................. 14

La schedulazione ...................................................................................................................................... 14

Caratteristiche comuni dei principali RTOS .............................................................................................. 15

La schedulazione nei principali RTOS ...................................................................................................... 15

Principali RTOS sul mercato ..................................................................................................................... 15

1

Capitolo 3 Processori di utilizzo industriale ..................................................................................................... 16

MCU: Micro Controller Unit ......................................................................................................................... 16

Tipologie di memoria ............................................................................................................................... 16

Microcontrollori ....................................................................................................................................... 17

Gestione delle porte ............................................................................................................................ 17

Conversione Analogico/Digitale (A/D) ................................................................................................. 18

Conversione Digitale/Analogico (D/A) ................................................................................................. 18

Timer e Watchdog ............................................................................................................................... 18

MPU: Micro Processor Unit ......................................................................................................................... 18

DSP: Digital Signal Processor ....................................................................................................................... 19

PC industriali ................................................................................................................................................ 19

Sviluppo host-target .................................................................................................................................... 19

PLC (Programmable Logic Controller) .......................................................................................................... 20

Linguaggi di programmazione dei PLC ..................................................................................................... 20

LD: Ladder Diagram ............................................................................................................................. 20

Esempi ............................................................................................................................................. 21

Smart card ................................................................................................................................................... 21

Ciclo di vita ............................................................................................................................................... 22

Standard ISO-7816 ................................................................................................................................... 22

Sviluppo host-target per smartcard ......................................................................................................... 22

Javacard ................................................................................................................................................... 23

FPGA (Field Programmable Grid Array) ................................................................................................... 23

Capitolo 4 Dependability ................................................................................................................................. 24

Introduzione ................................................................................................................................................ 24

Attributi della dependability ........................................................................................................................ 24

Impedimenti ............................................................................................................................................ 24

Guasti ................................................................................................................................................... 24

Classi dei Guasti .............................................................................................................................. 24

Natura .............................................................................................................................................. 25

Origine ............................................................................................................................................. 25

Persistenza ....................................................................................................................................... 25

Errore ................................................................................................................................................... 25

Fallimento ............................................................................................................................................ 26

Mezzi per ottenere dependability ........................................................................................................... 26

Riepilogo .................................................................................................................................................. 26

Valutazione quantitativa degli attributi di dependability ............................................................................ 27

2

Definizione di Affidabilità ........................................................................................................................ 27

Distribuzione dell’affidabilità ............................................................................................................... 27

Distribuzione di non affidabilità........................................................................................................... 27

Tasso di fallimento ............................................................................................................................... 27

MTTF (Mean Time To Faliure) .............................................................................................................. 28

Valutazione dell’affidabilità di un sistema ........................................................................................... 28

Metodo combinatorio ..................................................................................................................... 29

Componenti in serie .................................................................................................................... 29

Componenti in parallelo .............................................................................................................. 29

Struttura su (k-of-n)............................................................................................................... 29

Reliability Block Diagrams (RBD) .................................................................................................. 30

Metodo enumerativo ....................................................................................................................... 30

Metodo Markoviano ........................................................................................................................ 31

Definizione di Manutenibilità .................................................................................................................. 32

Definizione di Disponibilità ...................................................................................................................... 33

Definizione di Safety ................................................................................................................................ 34

Valutazione qualitativa degli attributi di safety ........................................................................................... 35

Definizioni qualitative .............................................................................................................................. 35

Tecniche qualitative per la valutazione .................................................................................................... 36

FMEA (Failure Modes Effect Analysis) ................................................................................................. 37

HAZOP (Hazard and Operability study) ................................................................................................ 37

FTA (Fault Tree Analysis) ...................................................................................................................... 37

Analisi probabilistica di un Fault Tree .............................................................................................. 37

Capitolo 5 Tecniche di rilevazione dei guasti ................................................................................................... 38

Rilevazione degli errori ................................................................................................................................ 38

Tecniche operanti nel dominio dei valori ................................................................................................ 38

Duplicazione e confronto 2 su 2 .......................................................................................................... 38

Duplicazione complementata dual rail ................................................................................................ 39

Test di accettazione.............................................................................................................................. 39

Test diagnostici .................................................................................................................................... 39

Tecniche operanti nel dominio del tempo ............................................................................................... 39

Tecniche miste ......................................................................................................................................... 40

Codici rilevatori di errori .............................................................................................................................. 40

Distanza di Hamming ............................................................................................................................... 40

Altre caratterizzazioni dei codici .............................................................................................................. 40

Codici di parità ......................................................................................................................................... 41

3

Parity trees ........................................................................................................................................... 41

Checksum

................................................................................................................................................. 41

Single-precision checksum

................................................................................................................... 41

Double-precision checksum ................................................................................................................. 41

Honeywell checksum ........................................................................................................................... 42

Residue-checksum ............................................................................................................................... 42

Codice m-su-n .......................................................................................................................................... 42

Codici aritmetici ....................................................................................................................................... 42

Codice AN ............................................................................................................................................ 43

Codici aritmetici separabili .................................................................................................................. 43

Codici ciclici .............................................................................................................................................. 43

Teorema fondamentale dei codici ciclici .............................................................................................. 43

Registro di scorrimento generalizzato ................................................................................................. 44

Codifica ............................................................................................................................................ 44

Decodifica ........................................................................................................................................ 44

Codici CRC (Cyclic Redundancy Check) .................................................................................................... 45

Rivelazione dell’errore con CRC ........................................................................................................... 45

Errori rilevabili ................................................................................................................................. 45

Errori singoli ................................................................................................................................. 45

Errori dispari .................................................................................................