Prof. Dr. Uwe Brinkschulte. Lehrstuhl für Eingebettete Systeme

Transkript

1 Prof. Dr. Uwe Brinkschulte Lehrstuhl für Eingebettete Systeme Robert-Mayer-Straße Sekretariat: Linda Stapleton, Raum 211a 1

2 Forschungsgebiete Hard- und Software für eingebettete Systeme Im Speziellen: Mikrocontroller & Mikroprozessoren Eingebettete Echtzeitsysteme Verteilte eingebettete Systeme Echtzeit-Middleware Organic Computing Selbst-Organisation und Echtzeit 2

3 Projekte Cluster Cluster Lokales KHS Lokales KHS Cluster head Cluster head Globales KHS Cluster head Cluster head Lokales KHS Lokales KHS DODOrg Cluster Cluster HiKüHoS MixedCoreSoC REMIS 3

4 Lehre Vorlesungen Hardware-Architektur & Rechnersysteme Computer Architecture Eingebettete Systeme Eingebettete Systeme 2 Aktuelle Themen bei Eingebetteten Systemen Praktika Grundlagen Hardwaresysteme Mikrocontroller & Eingebettete Systeme Bachelor / Master Seminare Robuste Systemarchitekturen Organic Computing 4

5 Vorlesung Eingebettete Systeme Inhalte: Hardware-Plattformen für eingebettete Systeme Busse zum Umfeld Echtzeitaspekte der Software Entwurf verteilter eingebettete Systeme Organic Computing 5

6 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 6

7 Vorlesung Eingebettete Systeme SS 2014 Prof. Dr. U. Brinkschulte 7

8 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.) 8

9 Literatur [1] Brinkschulte, Ungerer Mikrocontroller und Mikroprozessoren 3. Auflage, Springer Verlag, Heidelberg, 2010 [2] Wörn, Brinkschulte Echtzeitsysteme Springerverlag, Heidelberg,

10 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 Abgrenzung zu Mikroprozessoren Anwendungsfelder Leistungsklassen und Familien Auswahlkriterien für den Einsatz von Mikrocontrollern Softwareentwicklung 2.2 Systems on Chip (SoC) 2.3 Energiespartechniken 2.4 Java und Java-Prozessoren für eingebettete Systeme Literatur [1] Kap. 1 [2] Kap. 1.3 u. 1.4 [1] Kap. 3 10

11 Detaillierte Inhalte 2.5 Mikrocontroller-Komponenten Prozessorkerne Ein-/Ausgabeeinheiten Zeitgeberbasierte Einheiten Speicher Unterbrechungssteuerung DMA Erweiterungsbus 2.6 Mikrocontroller-Beispiele ATmega128A - ein kompakter Mikrocontroller PXA 270 ein Hochleistungs-Mikrocontroller MCore - optimiert für niedrigen Energieverbrauch Komodo - ein Forschungs-Mikrocontroller 2.7 Signalprozessoren Einiges zur Theorie der digitalen Signalverarbeitung Abgrenzung zu Mikrocontrollern und Mikroprozessoren 2.8 Signalprozessor-Beispiele Ein einfacher Signalprozessor Ein Hochleistungs-Signalprozessor 2.9 Analoge Schnittstellen [1] Kap. 4 [1] Kap. 5 [2] Kap

12 Detaillierte Inhalte 3. Busse zum Umfeld 3.1 Peripheriebusse USB 3.2 Feldbusse Überblick und Anwendungen Der ProfiBus Der CanBus Der INTERBUS ASI EIB 4. Echtzeitaspekte der Software 4.1 Grundlagen von Echtzeitsystemen 4.2 Echtzeitprogrammierung Synchrone Programmierung Asynchrone Programmierung 4.3 Aufbau von Echtzeitbetriebssystemen [2] Kap. 4.4 [2] Kap. 5 [2] Kap. 6 12

13 Detaillierte Inhalte 4.4 Echtzeitscheduling FIFO-Scheduling Fixed-Priority-Scheduling EDF-Scheduling LLF-Scheduling Time-Slice-Scheduling Guaranteed Percentage Scheduling 4.5 Synchronisation und Kommunikation Synchronisation gemeinsamer Betriebsmittel Task-Kommunikation 4.6 Speicher- und IO-Verwaltung Speicherverwaltung IO-Verwaltung 4.7 Klassifizierung und Beispiele von Echtzeitbetriebssystemen QNX Posix RTLinux [2] Kap. 6 13

14 Detaillierte Inhalte 5. Entwurf verteilter eingebetteter Systeme 5.1 Anforderungen und Architekturen 5.2 Entwurfsmuster Dienstorientierte Architektur 5.3 Middleware als Systemplattform Aufgaben der Systemplattform Middleware 5.4 OSA+ 5.5 CORBA und RT-CORBA 5.6 Verteilte Mess- und Stelldienste Grundlagen Ein verteilter Mess- und Stelldienst [2] Kap. 7 14

15 Detaillierte Inhalte 6. Organic Computing 6.1 Grundlagen des Organic Computing [1] Kap Organic Computing und Systems on Chip Autonomic Systems on Chip (ASoC) Connective Autonomic Real-time Systems on Chip (CARSoC) 6.3 Organic Computing und Middleware OSA+ als organische Middleware, neue Konzepte, Organic Manager DodOrg - Digital On Demand Computing Organism [1] Kap Ein künstliche Hormonsystem zur Taskzuordnung in verteilten eingebetteten Systemen Natürliches Hormonsystem Künstliches Hormonsystem Künstlichen Hormone Dynamik des Hormonsystems Datenaufkommen der Hormonausschüttung Güte der Taskzuordnung 15

16 Organisatorisches Folien und Übungsblätter verfügbar unter Vorlesung: Dienstag 14:15 16:45, SR 11, RM Uwe Brinkschulte Übung: Donnerstag 13:00 14:00, SR 9, RM Ankündigung in der Vorlesung Übungsleiter: Mathias Pacher 16