CAS IoT mit Android Things und Embedded Linux

Transkript

1 CAS IoT mit Android Things und Embedded Linux

2 Inhaltsverzeichnis 1 Umfeld 3 2 Zielpublikum 3 3 Voraussetzungen 3 4 Ausbildungsziele 3 5 Kursübersicht 4 6 Kompetenzprofil 5 7 Kursbeschreibungen C und Java Refresh Build-Environment, Tools und Chains GateWay Embedded Android und Android Things IoT-Technologien Integrationsprojekt 9 8 Kompetenznachweise, Qualifikation 11 9 Lehrmittel Dozierende Organisation Termine 13 Study Guide CAS ITX 2/14

3 Das Internet der Dinge (IoT) hat auch Ihr Arbeitsumfeld erreicht. Sie möchten Ihr Wissen über energieeffiziente Kommunikation und eingebettete Systeme (Embedded Systems) im Umfeld des IoT erweitern und Ihre Kompetenz im Umgang mit solchen Systemen steigern. Das CAS Embedded Linux und Android Things (CAS ITX) vermittelt Ihnen hierzu das nötige Rüstzeug. 1 Umfeld Eingebettete Systeme übernehmen heute in allen möglichen Bereichen unserer Umwelt Überwachungs-, Steuerungs- und Regelungsfunktionen. Die Basis vieler Embedded-Lösungen ist Linux. Daneben stehen heute weitere Betriebssysteme wie Android Things für den Bau von IoT-Devices zur Verfügung. Unter Berücksichtigung der energieeffizienten Kommunikation und der Internetanbindung sind jeweils die optimalen Kombinationen von OS(Betriebssystem) und HW(Hardware) zu finden. Das CAS ITX vermittelt Ihnen Konzepte und Umsetzungsmöglichkeiten anhand von Linux und Android. Sie lernen, was zu beachten ist, um bei möglichst geringem Energiebedarf den besten Nutzen für den Anwender zu erreichen. 2 Zielpublikum Personen, die Soft- und Hardware entwickeln, sowie Ingenieurinnen und Ingenieure, die im Bereich Embedded Systems tätig sind. 3 Voraussetzungen Gute Kenntnisse der Sprache C und/oder Java sowie Erfahrung im Umgang mit Linux oder anderen Embedded Entwicklungsumgebungen sind zwingend erforderlich. Vorkenntnisse im Bereich Realtime Systeme und der Internet-Security sind von Vorteil. 4 Ausbildungsziele Sie erwerben fundierte Kenntnisse zu Konzeption, Planung und Design von Embedded-Systemen für den IoT-Beriech. Sie setzen Linux und Android als Entwicklungsplattform und Technologie professionell ein, um solche Systeme zu realisieren. Sie können evaluieren, in welchem Kontext Android als Teil einer Embedded-Lösung Vorteile bringt. Study Guide CAS ITX 3/14

4 5 Kursübersicht Kurs/Lehreinheit Präsenz (Lektionen) Projekt (Stunden in Eigenorganisation) Dozierende C und Java Refresh 20 Ivo Oesch Build-Environment, Tools und Chains 28 Martin Aebersold GateWay 28 Ivo Oesch und weitere Embedded Android und Android Things 24 Martin Aebersold IoT-Technologien 32 Ivo Oesch und weitere Organisation und Meilensteine der Semesterarbeit 8 Rolf Lanz Integrationsprojekt ~100 Total 140 ~100 Das CAS umfasst insgesamt 12 ECTS Punkte. Für die einzelnen Kurse ist entsprechend Zeit für Selbststudium, Prüfungsvorbereitung etc. einzurechnen. Study Guide CAS ITX 4/14

5 6 Kompetenzprofil C oder Java Programmierung Cross Development Environment Runtime OS (Android/Linux) Embedded Software Design IoT GateWay IoT-Protokolle Voraussetzungen Ausbildungsziele Legende: 1. Kenntnisse von Begriffen, Definitionen und Regeln; Faktenwissen 2. Verstehen von Zusammenhängen, Erklären von Sachverhalte erklären können 3. Anwendung des Wissen in einfachen Situationen 4. Analyse der eigenen Lösung 5. Synthese neuer Lösungen und Anwendung in komplexen Situationen 6. Beurteilung der Anwendbarkeit für bestimmte Probleme und Situationen, methodische Abwägung und Evaluation von Alternativen, Beziehungen zu anderen Fachgebieten Study Guide CAS ITX 5/14

6 7 Kursbeschreibungen Nachfolgend sind die einzelnen Kurse dieses Studienganges beschrieben. Angaben zu Terminen und Kompetenznachweisen sind ab Studienbeginn verbindlich. 7.1 C und Java Refresh Kursbeschreibung Lernziele Die Teilnehmenden sind in der Lage die Programmiersprachen C und Java produktiv einzusetzen. Themen Repetition Grundlagen C Komplexe Datenstrukturen (Structs, Union, Bitfelder) Pointer, Pointerarithmetik und operationen Repetition Grundlagen Java Klassen, Interfaces und Vererbung File I/O Lehrmittel Skript, das alle wesentlichen Lerninhalte umfasst Literaturempfehlungen: [1], [2], [3] 7.2 Build-Environment, Tools und Chains Kursbeschreibung Lernziele Die Teilnehmenden verstehen die Funktionsweise aller beteiligten Toolchains und sind in der Lage, ein Embedded System mit Hilfe der GNU- Tools zu erstellen, zu konfigurieren und zu testen. Themen Einführung in die GNU Tools (gcc, make, etc.) Aufbau, Installation und Unterhalt der Cross-Compile Umgebung Aufbau und Unterhalt eines Embedded Root-Filesystems Konfiguration des Bootloaders (U-Boot) und des Kernels Anpassen des Device-Tree für eine Zielhardware. Linux I/O aus dem user space (GPIO, ADC, PWM, I2C, SPI) Das Frambuffer-Device, GUI-Toolkits, QT5 Design und Implementierung von einfachen Gerätetreibern Lehrmittel Kommentiertes Folienset Study Guide CAS ITX 6/14

7 7.3 GateWay Kursbeschreibung Lernziele Die Teilnehmenden kennen die Aufgaben eines Gateways im IoT und sind in der Lage, die Anforderungen an die HW, SW und das Betriebssystem für ein Gateway zu definieren und eine Protokollumsetzung zu realisieren. Themen Security, esim, Zertifikate MQTT, REST, CoAP Bluemix, Node-RED Öffentliche Gateways und Gateway Provider Datenmanagement (Aufbereiten, Speichern) und Serverdienste Netztopologien /Architekturen Anforderungen HW Lehrmittel Kommentiertes Folienset Literaturempfehlungen: [4], [5] 7.4 Embedded Android und Android Things Kursbeschreibung Lernziele Die Teilnehmenden verstehen den Aufbau von Embedded Android, können dieses produktiv einsetzen und sind insbesondere in der Lage zu entscheiden, bei welchen Projekten es sinnvoll ist, ein Embedded Android einzusetzen. Themen Gesamtarchitektur und Einführung in das Open Source Project (AOSP) Übersicht SDK, NDK, Emulator und Debugger Kompilieren der kompletten AOSP Quellen für ein Zielgerät I/O Programmierung mit Java. (GPIO, ADC, PWM) Aufbau und Funktion der JNI-Schnittstelle Portierung und Anpassen von Android für ein Zielgerät. Die Unterschiede zwischen Android und Android Things Lehrmittel Kommentiertes Folienset Literaturempfehlung: [6] Study Guide CAS ITX 7/14

8 7.5 IoT-Technologien Kursbeschreibung Lernziele Die Teilnehmenden kennen die gängigsten Energieeffizienten Kommunikationsprotokolle des IoT und deren Vor- und Nachteile, und sind in der Lage, das jeweils optimale Übertragungsverfahren für einen bestimmten Einsatz auszuwählen. Themen Einbindung von Sensoren und Aktoren RFID Eingesetzte Protokolle wie: 6LoWPAN, BLE, ZigBee dotdot, MiWi Mesh WLAN, 3G/4G/5G Wireless M-BUS, WirelessHART LoRaWAN Beacon Technologie Lehrmittel Kommentiertes Folienset Study Guide CAS ITX 8/14

9 7.6 Integrationsprojekt Das Integrationsprojekt kann vertraulich behandelt werden. Massgebend für die Rahmenbedingungen ist das Studienreglement. Die Vertraulichkeit darf den didaktischen Rahmen nicht behindern: Präsentationen und Diskussionen über das gewählte Thema müssen im Rahmen der Klasse möglich sein. 1. Zielsetzung und Thema Im Integrationsprojekt bearbeiten die Teilnehmenden ein IoT oder Embedded-Projekt aus ihrer Firma. Mit dem gewählten Thema vertiefen die Studierenden die im Studium erlernten Methoden und lernen diese in der Praxis anzuwenden. 2. Ablauf Das Integrationsprojekt umfasst ca. 100 (max. 120) Arbeits-Stunden. Es ist eine Gruppen- oder Einzelarbeit und beinhaltet die folgenden Meilensteine (siehe auch Zeitplan): 1. In der Firma ein Thema suchen und finden, sowie einen Ansprechpartner/Betreuer in der Firma definieren. 2. Erstellen einer Projektskizze (siehe unten). Anschliessend Eingabe an die CAS-Leitung 3. Individuelle Kurzpräsentation (10') und Diskussion (10') des Themas an der Schule vor einem Dozierenden-Gremium. 4. Eventuell Überarbeitung der Projektskizze gemäss Feedback an der Präsentation. 5. Zuordnung eines Experten durch die BFH für die Begleitung des Semesterprojekts. 6. Durchführung der Arbeit in eigener Terminplanung Meetings mit dem Experten. Projektskizze besprechen / Kick-Off Ev. bei Bedarf: Zwischenreview / Beratung Schlusspräsentation vor Experten- und Dozierenden-Gremium. 8. Abgabe des Berichtes an den Experten (auf Studienplattform, per oder auf Wunsch in Papierform) und an die Schule und Experten. 9. Beurteilung durch den Experten. Die Projektskizze umfasst eine ein- bis maximal zweiseitige Aufgabenstellung mit folgenden Teilen: 1. Titel 2. Umfeld 3. Problemstellung 4. Lösungsansatz (Vorgehen, Methoden) 5. Name und Kontaktadressen der Gruppenmitglieder, und des Ansprechpartners/Betreuers in der Firma Gruppenarbeiten sind wo immer möglich erwünscht und je nach Rahmenbedingungen meist von Vorteil. Der nominelle Aufwand liegt bei ca. 100h, kann je nach Vorbereitungsphase und Komplexität der Aufgabe aber auch leicht höher sein. 3. Ergebnis und Bewertung Der Bericht ist in elektronischer Form, als PDF-Dokument an den bewertenden Experten und der CAS- Leitung einzureichen. Auf Verlangen des Experten ist zusätzlich eine gedruckte Version abzugeben. Der Bericht umfasst ca. 20 Seiten. Der Source Code ist sofern für die Projektbeurteilung notwendig, als Anhang mitzuliefern. Die Integrationsarbeit wird nach folgender Richtlinie bewertet (Durch den Experten entsprechend dem Thema und dem Ablauf der Arbeit anpassbar). Study Guide CAS ITX 9/14

10 Nr. Kriterium Beschreibung Max. Punkte 1. Schriftlicher Bericht 80 Punkte 2. Präsentationen 20 Punkte Genereller Eindruck Umfang, Vollständigkeit, Präsentation Komplexität, Stringenz Darstellung, Sprache verständlich, nachvollziehbar Stil, angemessener Fachjargon Grammatik und Orthografie Ziele, Ausgangslage, Aufgabenstellung klar und verständlich beurteilbare Ziele Methoden Aus der Beschreibung wird das Problem nachvollziehbar analysiert und strukturiert. Die Methodenauswahl ist begründet und nachvollziehbar. Angemessene Literatur- und Quellenrecherche Ergebnisse Methodik korrekt und professionell angewendet Fundierter Vergleich Zielsetzung vs. Erreichtes Neue Erkenntnisse und eigene Beiträge Klare und präzise Schlussfolgerungen Management Summary, Fazit vollständig, nur Wichtiges, ohne Nachschlagen verständlich Schwergewicht liegt auf den Ergebnissen Formal Zeitmanagement Aufbau Zielsetzung genannt Zusammenfassung Inhaltlich Roter Faden, logisch, nachvollziehbar Sprache, Rhetorik, Hilfsmittel Identifikation mit dem Thema Publikumsgerecht, Präsentationstechnik Wesentliches hervorgehoben Eingehen auf Fragen Total 100 Study Guide CAS ITX 10/14

11 8 Kompetenznachweise, Qualifikation Für die Anrechnung der 12 ECTS-Punkte ist das erfolgreiche Bestehen der Kompetenznachweise (Prüfungen, Projektarbeiten) erforderlich, gemäss folgender Aufstellung: Kompetenznachweis Gewicht Art der Qualifikation Erfolgsquote Studierende C und Java Refresh 1 Prüfung 0-100% Build-Environment, Tools und Chains 1 Prüfung 0-100% GateWay 1 Gruppenarbeit & Prüfung 0-100% Embedded Android und Android Things 1 Gruppenarbeit & Prüfung 0-100% IoT-Technologien 1 Gruppenarbeit & Prüfung 0-100% Integrationsprojekt 5 Einzel- oder Gruppenarbeit 0-100% Gesamtgewicht 10 Gesamterfolgsquote 0 100% ECTS Note A bis F Jeder Studierende kann in einem Kompetenznachweis eine Erfolgsquote von 0 bis 100% erarbeiten. Die gewichtete Summe aus den Erfolgsquoten pro Thema und dem Gewicht des Themas ergibt eine Gesamterfolgsquote zwischen 0 und 100%. Die Gesamterfolgsquote wird in eine ECTS Note A bis E umgerechnet, gemäss Studienreglement. Weniger als 50% Gesamterfolgsquote ergibt eine ungenügende Note F. Study Guide CAS ITX 11/14

12 9 Lehrmittel Ergänzende Lehrmittel sind Empfehlungen, um sich auf das CAS vorzubereiten sowie den Stoff zu vertiefen oder zu erweitern. Weitere Ergänzende Lehrmittel werden jeweils bei Start der Einzelkurse bekanntgegeben. Die Beschaffung liegt im Ermessen der Studierenden: Nr Titel Autoren Verlag Jahr ISBN Nr. [1] C/C++ Das umfassende Lehrbuch Ulrich Kaiser, Martin Guddat Rheinwerk- Verlag 2014 ISBN: als E-Book [2] Einführung in Java Kai Günster Rheinwerk- Verlag 2015 ISBN: als E-Book [3] Java ist auch eine Insel Einführung, Ausbildung, Praxis. Aktuell zu Java 8 Christian Ullenboom Rheinwerk- Verlag 2016 ISBN: gratis PDF [4] LINUX, Das umfassende Handbuch Johannes Plötner, Steffen Wendzel Rheinwerk- Verlag 2012 ISBN: gratis PDF [5] Linux-UNIX-Programmierung Jürgen Wolf Rheinwerk- Verlag 2006 ISBN: gratis PDF [6] Embedded Android Karim Yaghmour O Reilly 2013 ISBN: Dozierende Vorname Name Firma Martin Aebersold BFH martin.aebersold@bfh.ch Ivo Oesch BFH ivo.oesch@bfh.ch Rolf Lanz BFH rolf.lanz@bfh.ch Markus Nufer Nufer Consulting AG markus@nufer-consulting.com Dominik Nufer Nufer Consulting AG dominik@nufer.org Study Guide CAS ITX 12/14

13 11 Organisation CAS-Leitung: Ivo Oesch Tel: CAS-Administration: Andrea Moser Tel: Termine Daten: KW bis KW Montag, von 08:30 Uhr bis 16:15 Uhr, in Burgdorf Mittwoch, von 16:30 Uhr bis 19:45 Uhr, in Burgdorf Für das Integrationsprojekt ist genügend Zeit einzuplanen, siehe Kursübersicht. Study Guide CAS ITX 13/14

14 Dokumenteninformation Study Guide CAS ITX Die Inhalte und Angaben in diesem Study Guide können sich bis zum Studienstart noch verändern. Berner Fachhochschule Technik und Informatik Weiterbildung Wankdorffeldstrasse 102 CH-3014 Bern Telefon ti.bfh.ch/weiterbildung ti.bfh.ch/cas-itx Study Guide CAS ITX 14/14