Eingebettete Systeme

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1 De Gruyter Studium Eingebettete Systeme Entwurf, Modellierung und Synthese Bearbeitet von Walter Lange, Martin Bogdan, Thomas Schweizer 2. aktualisierte Auflage Buch. XIV, 398 S. Kartoniert ISBN Format (B x L): 17,2 x 23,8 cm Gewicht: 694 g Weitere Fachgebiete > EDV, Informatik > Hardwaretechnische Grundlagen > Großrechner, Server, eingebettete Systeme schnell und portofrei erhältlich bei Die Online-Fachbuchhandlung beck-shop.de ist spezialisiert auf Fachbücher, insbesondere Recht, Steuern und Wirtschaft. Im Sortiment finden Sie alle Medien (Bücher, Zeitschriften, CDs, ebooks, etc.) aller Verlage. Ergänzt wird das Programm durch Services wie Neuerscheinungsdienst oder Zusammenstellungen von Büchern zu Sonderpreisen. Der Shop führt mehr als 8 Millionen Produkte.

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung, Bauformen und Technologien Begriffsbestimmung und Beispiele Systemkategorien Typischer Aufbau Bauformen von Eingebetteten Systemen Technologien von Eingebetteten Systemen Kunden- bzw. anwendungsspezifische Hardware Feldprogrammierbare Bausteine Verteilte Systeme Zusammenfassung Mikroprozessor-Grundlagen Evolution der Mikroprozessoren Mikroprozessoren in Eingebetteten Systemen Mikroprozessor-Grundlagen Mikroprozessor-Architekturen Ein- und Ausgabe durch Befehle und Interrupts Speicher-Systeme Wozu brauchen wir Caches? Hauptspeicher Festwertspeicher (ROM) Befehls-Verarbeitungsmethoden und Pipelining Performanz und Energieverbrauch Leistungsverbrauchs-Steuerung (Power Management) Ein-Ausgabe-Geräte und Schnittstellen Mikrokontroller Niedrigpreis-Mikrokontroller Mikrokontroller höherer Leistung Multi-Core- und Mehrprozessorsysteme Mikroprozessor-Familien Betriebssysteme... 62

3 X Inhaltsverzeichnis Wann kann auf ein Betriebssystem verzichtet werden? Konzepte von Betriebssystemen Prozesse Aufgaben und Schichtenmodell eines Betriebssystems Arten von Betriebssystemen Strukturen von Betriebssystemen Echtzeitbetriebssysteme und Echtzeitsysteme Zeitablaufplanung in Echtzeitbetriebssystemen Prioritätsumkehr und Prioritätsvererbeung Betriebssystem-Beispiele für Eingebettete Systeme Zusammenfassung Kommunikation, Busse und Netzwerke Das ISO-OSI-Referenzmodell Der parallele Bus Schema eines Bustreibers Bus-Kommunikation Bus-Zeitablaufpläne Optimierte Übertragungsmodi: Burst und Pipelining Direkter Speicherzugriff (DMA) über einen Bus Multiprozessor- und Multibus-Systeme Der Arbiter Bekannte Bus-Protokolle Netzwerke Kommunikationsmodi Netzwerk-Topologien Datenformatierung Busähnliche Netzwerke oder serielle Busse Der I 2 C-Bus Der CAN-Bus FlexRay, LIN und MOST Profibus (Process Field Bus) Weitere Verbindungsnetzwerke für verteilte Systeme Synchronisierung Kommunikationsprimitive Synchronisierung von Prozessorelementen Zusammenfassung Entwicklungsmethodik Die Produktivitätslücke Anforderungen Nichtfunktionale Anforderungen

4 Inhaltsverzeichnis XI Lastenheft Der Beginn einer Entwicklung Der Architekturbegriff Pflichtenheft Spezifikation Entwurfsmethoden von Software-Systemen Das Wasserfallmodell Das Spiralmodell Agile Software-Entwicklungsmethoden Die Projekt-Entwicklungsmethode Scrum Software-Entwicklung für Eingebettete Systeme Programmentwicklung Entwickeln von Klassendiagrammen mit CRC-Karten Entwurfsmuster Programm-Modelle Compiler Programm-Optimierungen Hardware-Entwicklungsmethodik Die Abstraktionsebenen Evolution der Entwicklungsmethoden Modellieren von Systemen Was sind Modelle? Modelle auf System- und algorithmischer Ebene: Berechnungsmodelle Unified Modeling Language (UML) Transaction Level-Modellierung (TLM) Modellieren auf RT-Ebene Modelle auf Logik-Ebene Plattformbasierter Entwurf Die Modellbasierte Entwicklungsmethode Synthese Synthese auf Systemebene Zeitverhalten und Performanzabschätzungen TLM-basierte Performanz-Abschätzung Performanz-Abschätzung aus Compiler-optimiertem Maschinencode Verifikation, Simulation und Validierung Simulation Formale Verifikation Werkzeuge für Modellierung und Simulation Test Begriffsbestimmungen, Black-Box- und White-Box-Test Ein klassisches Fehlermodell Testmuster

5 XII Inhaltsverzeichnis JTAG Boundary-Scan Zusammenfassung Beschreibungssprachen für den Systementwurf VHDL Eine Hardware-Beschreibungssprache Grundlegender Aufbau Das Sprachkonzept Die Schaltungsbeschreibung Signale und Datentypen Zuweisungen und die neunwertige Standard Logik Operationen Die eventgesteuerte VHDL-Simulation und der Delta-Zyklus Der VHDL-Prozess Beispiele einfacher Prozessbeschreibungen Komponenten mit größeren Datenbreiten und generische Komponenten Konfigurationsanweisungen Der VHDL-Prozess als Beschreibung für Schaltwerke Beispiel eines Simulationstreibers in VHDL VHDL-Attribute Unterprogramme und Packages Typ-Konvertierungen Die Assert-Anweisung Simulationsbeispiel für ein einfaches Zweiprozessorsystem Zusammenfassung Die System-Beschreibungssprache SystemC Grundlagen von SystemC Beispiel eines SystemC-Moduls Simulationssemantik Transaction-Level-Modellierung mit SystemC RTL-Modellierung mit SystemC Zusammenfassung Sensornetzwerke Drahtlose Sensornetzwerke Kommunikation im Sensornetzwerk Der Protokoll-Stapel (Protocol Stack) von drahtlosen Sensornetzwerken Medium Access Control (MAC) Physikalische Schicht von drahtlosen Sensornetzwerken Der Sensorknoten Kommunikationsstandards für drahtlose Netzwerke Zusammenfassung

6 Inhaltsverzeichnis XIII 7 Software-Synthese und High-Level-Synthese Herausforderungen der Software-Entwicklung Software-Synthese von Eingebetteten Systemen High-Level-Synthese Einführung in die High-Level-Synthese Eingabe und Ausgabe eines High-Level-Synthese-Werkzeugs Bewertung von elektronischen Schaltkreisen Die wesentlichen Schritte der High-Level-Synthese Allokierung Die Komponentenbibliothek Zeitablaufplanung (Scheduling) Einführung in die Zeitablaufplanung: Der Sequenzgraph Zeitablaufplanung ohne Ressource-Schranken Zeitablaufplanung unter Ressourceschranken Einige besondere Verfahren der Zeitablaufplanung Zusammenfassung des Abschnitts Zeitablaufplanung Ressourcen-Bindung Kompatibilitäts- und Konfliktgraph Bindung von Speicher-Ressourcen (Registern) Die Graphen-Partitionierungs-Methode Zuweisung von Verbindungselementen und Erstellung der Netzliste Steuerwerksynthese Das mikrocodebasierte Steuerwerk Das hartverdrahtete Steuerwerk Zusammenfassung Literaturverzeichnis 383 Index 391

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