Inhaltsübersicht. Einführung

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1 Inhaltsübersicht Einführung Operationsverstärker Grundlagen und Hilfsmittel des Entwurfs Design-Flow Synthese Analyse Modellierung VHDL-AMS SystemC,... Systemtheorie Übertragungsfunktionen Regelkreise Stabilität Abgetastete Systeme Bauelemente MOS-Transistor Struktureller Entwurf auf Transistorebene Verstärkerstufen Stromspiegel Endstufen Dimensionierung Ein-, Ausgangs-, Zwischenstufe OTA Robuster Entwurf Lineare Systeme Aktive Filter gmc-schaltungen Digitale Filter: IIR,FIR Nichtlineare Systeme Multiplizierer, ADC, DAC Oszillatoren,VCO,PLL Sensoren, Aktoren Licht, Akustik, Temperatur MEMS Systemarchitekturen Kommunikationssysteme Mikrokontroller Cyber-Physical Systems Nr.:1

2 Systemarchitekturen Eingebettete Systeme Kommunikationssysteme Recheneinheiten Hardware-Software Codesign Platform-based Design Matlab-Simulink SystemC-AMS Nr.:2

3 Eingebettete Systeme In Verbindung mit der Umwelt Mittelgross bis klein Besonders zu beachten: Bei Regelung in the loop Nr.:3

4 Eingebettete Systeme: Beispiele EC-Karte KFZ-Steuerung RFID Handy Roboter Avionik Nr.:4

5 Heterogene Systeme Spezielle Klasse von eingebetteten Systemen Heterogenen Komponenten Analog Video Kommunikation Nr.:5

6 Abstraktionsebenen für Eingebettete/Heterogene g Systeme Threads Processes SystemC/C++ VHDL Java FPGA - Konfigurationen Regelkreise FPGAs ASICs Filter ADC/DAC Analoge Signal verarbeitung Aktoren Sensoren Nr.:6

7 Entwurf von eingebetteten/heterogenen g Systemen System-Spezifikation HW-SW Partitionierung SW -Spezifikation SW Entwurf z.b. (C/C++ Code) Co-De sign z.b. Sy ystemc, Simu ulink Prototyp FPGA-Emulation Gesamtsystem- Integration HW-IP HW -Spezifikation HW Entwurf Applikationsspezifische Teile Nr.:7

8 Kommunikationssysteme RF Wlan: QPSK Bluetooth RFID (Niedrigerer Frequenz, induktive Übertragung) Drahtgebunden LDVS: 2-Draht-Leitung Lan: 8-Draht Twisted Pair bis 10 GB Taktregenerierung g On Chip: NOC: AMBA-BUS AHB-BUS Propreritär Nr.:8

9 Recheneinheiten DSPs (Kompiliert aus C oder Assembler) FPGAs (Arbiträre Logik aus VHDL) Mikrocontroler (Atmel Mega, Tiny, Kompiliert aus C) Speicher ASICs (nur bei sehr hohen Stückzahlen) IPs z.b. ARM Nr.:9

10 Matlab-Simulink High-Level Simulation physikalischen / kontinuierlichen /diskreten Systemen Regelschleifen Sehr flexible Regler-Synthese Nr.:10

11 Hubschrauber-Modellierung g( (Hetereogenes System/Cyber physical System) In Matlab-Simulink Physiklische Größen m Masse x N x Höhe v Geschwindigkeit m M N Drehzahl Rotor U Spannung Motor M Drehmoment Motor Regler Eingang x Ausgang U x Regler U Nr.:11

12 Modellierung Hubschrauber Bewegungsgleichungen: x v Kraftgleichung am Hubs. Drehmoment am Rotor (mit Masse, ohne Reibung) v a F m a m g ka N Hx k N m N k U L R m 2 Nr.:12

13 Regler PID Regler : xr x xsoll t P r D r I 0 r U k x k x k x k p =0.9 k p = Nr.:13

14 Eingebettete Systeme sind nicht genug g Mehr Vernetzung Handy P2P Steuergeräte im Auto Sensornetzwerke in Gebäuden, Ozeanen, Stromnetzen Mehr Komplexität Mehr Rechenpower Mehr Sensoren / Aktoren Redundante/Überlappende Sensoren Nr.:14

15 Cyber Physical Systems Die nächste Generation von Eingebetteten Systemen Eigenschaften Enge Interaktion zwischen physikalischer Umwelt und System Systeme on Systemen Kommunikation Emergenz Nr.:15

16 Cyber Physical Systems: Beispiele Kommunizierende Roboter Smart-Meter (Vernetzte, intelligente Stromzähler) Car-to-Car Kommunikation Nr.:16

17 Das Auto als CPS In 2005, Steuergeräte Enge Vernetzung Gruppen mit Kommunikation - Tacho mit Autoradio Car-to-Car Kommunikation Warnungen von Auto zu Auto Navigation Staumeldungen Nr.:17

18 Stromnetz Intelligenter Zähler Vernetzung über WLAN Lan over Powerline Messen von Stromverbrauch Steuern von Geräten Wasschmaschine Elektroauto Nr.:18

19 Design von CPS Was braucht man zum Design: Rechnerarchitekturen EDA & Eingebettete Systeme Analog Design Sensoren/Aktor-Design Software Engineering Regelungstechnik Simulationstechniken / Formale Verifikation Echtzeit-Analysen Nr.:19

20 Ende Nr.:20