esKap0 - Goethe

Prof. Dr. Uwe Brinkschulte
Lehrstuhl für Eingebettete Systeme
[email protected]
Robert-Mayer-Straße 11-15
Sekretariat: Linda Stapleton, Raum 211a
[email protected]
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Forschungsgebiete
Hard- und Software für eingebettete Systeme
Im Speziellen:
• Mikrocontroller & Mikroprozessoren
• Eingebettete Echtzeitsysteme
• Verteilte eingebettete Systeme
• Echtzeit-Middleware
• Organic Computing
• Selbst-Organisation und Echtzeit
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Projekte
Komodo
CAR-SoC
CARISMA
DODOrg
Legende:
Anwendungsdienst
…
Anwendungsdienst
Sensor
SELINA
Barke
PC
Middlewarekern OSA+
REMIS
OSA+
Basisdienste
Erweiterungsdienste
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SIMON
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Lehre
Vorlesungen
Hardware-Architektur & Rechnersysteme SS
(Teil des Bachelor Basis-Modul B-HW)
Eingebettete Systeme WS
(Teil des Bachelor Vertiefungsgebiet TS, Modul B-ES / Teil des Mastergebiets Informatik der
Systeme, Bereich Systems Engineering)
Praktika
Grundlagen Hardwaresysteme SS
(Bachelor Basis Modul B-HWS-PR)
Mikrocontroller & Eingebettete Systeme WS
(Teil des Mastergebiets Informatik der Systeme, Bereich Systems Engineering)
Seminare
Robuste Systemarchitekturen – Organic Computing WS
(Teil des Mastergebiets Informatik der Systeme, Bereich Systems Engineering)
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Praktikum Mikrocontroller & Eingebettete
Systeme
Versuche zur Anwendung von Mikrocontrollern und deren
Einsatz für eingebettete Systeme
Programmierung von Mikrocontrollern
Versuche:
• Einführung in die
Programmierung
Schnittstellen zur Interaktion mit dem Umfeld
• Einsatz der parallelen
Schnittstellen
Kombination Mikrocontroller und programmierbare Logik
• Einsatz der seriellen
Schnittstellen
Praktische Anwendung der Vorlesung “Eingebettete Systeme”
• Verwendung von Timern
Ergänzt das Praktikum “Hardwaresysteme”
(ist jedoch keine Voraussetzung)
jährlich ab WS 2009/10
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• Anschluss einer SD-Karte
• Kombination mit einem
FPGA für verschiedene
Controllerfunktionen (z.B.
VGA Controller)
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Seminar Robuste Systemarchitekturen –
Organic Computing
Organic Computing Initiative
neues Forschungsfeld der Informatik
komplexe eingebettete Systeme “lebensähnlicher”
gestalten
Eigenschaften lebender Organismen auf eingebettete
Systeme übertragen:
Selbst-X Eigenschaften (Selbstorganisation,
Selbstkonfiguration, Selbstoptimierung,
Selbstheilung, ...)
Emergentes Verhalten
Seminarziele:
• aktueller Stand der
Forschung anhand
ausgewählter Publikationen
erarbeiten
• Zwischenschritte auf dem
Weg zur Realisierung von
Organic Computing
Systemen identifizieren
zweijährig ab WS 2008/09
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Vorlesung Eingebettete Systeme
Inhalte:
 Hardware-Plattformen für eingebettete Systeme
 Busse zum Umfeld
 Echtzeitaspekte der Software
 Entwurf verteilter eingebettete Systeme
 Organic Computing
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Vorlesung Eingebettete Systeme
Vermittelt werden sollen:
 Verständnis für die Besonderheiten des Entwurfs und der
Implementierung eingebetteter Systeme
 Zielarchitekturen in Hard- und Software grundlegend und in
Vertiefung
 Wichtige Aspekte wie Echtzeitverhalten,
Ressourcenschonung sowie Verteilung und deren
Wechselwirkung
 Neuester Forschungstrends, aktuelle Probleme und deren
künftige Lösungsmöglichkeiten
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Vorlesung Eingebettete Systeme
WS 2008/2009
Prof. Dr. U. Brinkschulte
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Vorlesungsinhalte und -strukturierung
1. Grundlagen
(1,5 Einh.)
2. Hardware-Plattformen
(11,5 Einh.)
3. Busse zum Umfeld
(3 Einh.)
4. Echtzeitaspekte der Software
(4 Einh.)
5. Entwurf verteilter eingebetteter Systeme
(4 Einh.)
6. Organic Computing
(3 Einh.)
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Literatur
[1]
Brinkschulte, Ungerer
Mikrocontroller und Mikroprozessoren
2. Auflage, Springer Verlag, Heidelberg, 2007
[2]
Wörn, Brinkschulte
Echtzeitsysteme
Springerverlag, Heidelberg, 2005
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Detaillierte Inhalte
1. Grundlagen
1.1 Eingebettete Systeme
1.2 Ubiquitäre Systeme
1.3 Mikroprozessoren, Mikrocontroller, Signalprozessoren und SoC
1.4 PC Systeme
1.5 Modellierung
2. Hardware-Plattformen
2.1 Mikrocontroller
Literatur
[1] Kap. 1
[2] Kap. 1.3 u. 1.4
[1] Kap. 3
2.1.1 Abgrenzung zu Mikroprozessoren
2.1.2 Anwendungsfelder
2.1.3 Leistungsklassen und Familien
2.1.4 Auswahlkriterien für den Einsatz von Mikrocontrollern
2.1.5 Softwareentwicklung
2.2 Systems on Chip (SoC)
2.3 Energiespartechniken
2.4 Java und Java-Prozessoren für eingebettete Systeme
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Detaillierte Inhalte
2.5 Mikrocontroller-Komponenten
[1] Kap. 4
2.6 Mikrocontroller-Beispiele
[1] Kap. 5
2.5.1 Prozessorkerne
2.5.2 Ein-/Ausgabeeinheiten
2.5.3 Zeitgeberbasierte Einheiten
2.5.4 Speicher
2.5.5 Unterbrechungssteuerung
2.5.6 DMA
2.5.7 Erweiterungsbus
2.6.1
2.6.2
2.6.3
2.6.4
ATmega128 - ein kompakter Mikrocontroller
PXA 255 – ein Hochleistungs-Mikrocontroller
MCore - optimiert für niedrigen Energieverbrauch
Komodo - ein Forschungs-Mikrocontroller
2.7 Signalprozessoren
2.7.1 Einiges zur Theorie der digitalen Signalverarbeitung
2.7.2 Abgrenzung zu Mikrocontrollern und Mikroprozessoren
2.8 Signalprozessor-Beispiele
2.8.1 Ein einfacher Signalprozessor
2.8.2 Ein Hochleistungs-Signalprozessor
2.9 Analoge Schnittstellen
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[2] Kap. 3.3
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Detaillierte Inhalte
3. Busse zum Umfeld
3.1 Peripheriebusse
3.1.1 USB
3.2 Feldbusse
3.2.1
3.2.2
3.2.3
3.2.4
3.2.5
3.2.6
Überblick und Anwendungen
Der ProfiBus
Der CanBus
Der INTERBUS
ASI
EIB
[2] Kap. 4.4
4. Echtzeitaspekte der Software
4.1 Grundlagen von Echtzeitsystemen
4.2 Echtzeitprogrammierung
[2] Kap. 5
4.3 Aufbau von Echtzeitbetriebssystemen
[2] Kap. 6
4.2.1 Synchrone Programmierung
4.2.2 Asynchrone Programmierung
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Detaillierte Inhalte
4.4 Echtzeitscheduling
4.4.1
4.4.2
4.4.3
4.4.4
4.4.5
4.4.6
FIFO-Scheduling
Fixed-Priority-Scheduling
EDF-Scheduling
LLF-Scheduling
Time-Slice-Scheduling
Guaranteed Percentage Scheduling
[2] Kap. 6
4.5 Synchronisation und Kommunikation
4.5.1 Synchronisation gemeinsamer Betriebsmittel
4.5.2 Task-Kommunikation
4.6 Speicher- und IO-Verwaltung
4.6.1 Speicherverwaltung
4.6.2 IO-Verwaltung
4.7 Klassifizierung und Beispiele von Echtzeitbetriebssystemen
4.7.1 QNX
4.7.2 Posix
4.7.3 RTLinux
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Detaillierte Inhalte
5. Entwurf verteilter eingebetteter Systeme
5.1 Anforderungen und Architekturen
5.2 Entwurfsmuster “Dienstorientierte Architektur”
5.3 Middleware als Systemplattform
5.3.1 Aufgaben der Systemplattform
5.3.2 Middleware
[2] Kap. 7
5.4 OSA+
5.5 CORBA und RT-CORBA
5.6 Verteilte Mess- und Stelldienste
5.6.1 Grundlagen
5.6.2 Ein verteilter Mess- und Stelldienst
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Detaillierte Inhalte
6. Organic Computing
6.1 Grundlagen des Organic Computing
6.2 Organic Computing und Systems on Chip
[1] Kap. 3.6.4
6.2.1 Autonomic Systems on Chip (ASoC)
6.2.2 Connective Autonomic Real-time Systems on Chip (CARSoC)
6.3 Organic Computing und Middleware
6.3.1 OSA+ als „organische Middleware“, neue Konzepte, Organic Manager
[1] Kap. 3.6.4
6.3.2 DodOrg - Digital On Demand Computing Organism
6.4 Ein künstliche Hormonsystem zur Taskzuordnung in verteilten eingebetteten
Systemen
6.4.1
6.4.2
6.4.3
6.4.4
6.4.5
6.4.6
Natürliches Hormonsystem
Künstliches Hormonsystem
Künstlichen Hormone
Dynamik des Hormonsystems
Datenaufkommen der Hormonausschüttung
Güte der Taskzuordnung
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Organisatorisches
Folien und Übungsblätter verfügbar unter
http://
Vorlesung:
Dienstag 14:00 – 16:00, SR 9, RM 11-15
Mittwoch 14:00 – 16:00, SR 307, RM 11-15
Übung:
ersetzt einen der obigen Termine im 2-WochenAbstand, Ankündigung in der Vorlesung
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