УИРС как средство подготовки разработчиков встроенного ПО систем реального времени

Учебный план подготовки специалистов по системам управления летательными аппаратами, специализация «Системы управления беспилотными летательными аппаратами, включает сквозной курс «Учебно-исследовательская работа студентов» (УИРС) в объеме 2-х часов в неделю с 3 по 9 семестры. Проведение УИРС на младших курсах осложнено отсутствием у студентов знаний по специальности. Но при этом они получили базовую подготовку по разработке ПО и дискретной математике (отношения, логика и конечные автоматы).

Для адаптации студентов к будущей специализации на кафедре «Бортовая автоматика беспилотных космических и атмосферных летательных аппаратов» в рамках УИРС студентам предлагается выполнить проектирование и последующую реализацию некоторой упрощенной встроенной системы управления реального времени (ВС РВ). Например, управление пуском зенитной ракеты по показаниям радиолокационной системы наблюдения. Термин «реальное время» в данном случае означает, что внешние условия изменяются в процессе функционирования системы и под ее непосредственным воздействием.

Разработка системы разбивается по семестрам на три этапа: логическое проектирование (3 семестр), программная реализация (4 семестр) и аппаратная реализация. Принципиальным является то, что исходным заданием очередного этапа являются результаты предыдущего этапа, подготовленные другим студентом. Таким образом, студент не только оказывается жестко ограниченным ранее сформулированными требованиями, но и за период выполнения работы знакомится последовательно с тремя различными системами управления.

На первом этапе проводится исследование предметной области, фиксируются внешние связи (датчики и исполнительные механизмы) внешней среды, определяются требования к системе. В целях упрощения восприятия все показатели приводятся к бинарному типу. Далее проводится логическое проектирование алгоритма работы системы управления с использованием модели конечного автомата. Построенная логическая модель системы верифицируется на соответствие требованиям. результаты разработки фиксируются.

На следующем этапе студенту предлагается по определенным другим автором требованиям произвести реализацию и тестирование программного обеспечения системы управления. Конкретизации подлежат интерфейсы ПО с внешним миром.. Формулируются требования, и проектируется архитектура ПО, выполняется планирование и проведение верификации. Наличие предварительно сформулированных требований к системе является жестким ограничением реализации и тестирования программного продукта.

Следующий этап – аппаратная реализация по «чужой» спецификации. При этом внимание уделяется не только функциональным требованиям, но и проработке аппаратных интерфейсов. Так же, как и на предыдущем этапе, внешняя аппаратура заменяется на стендах ее моделями, которые, однако, позволяют представлять звуковые и световые сигналы, различные исполнительные механизмы.

В целом курс формирует у студента ясное представление об основных этапах разработки ПО ВС РВ.