Studienvertiefungsrichtung Informationstechnik Prof.Dr.-Ing. Ulrich Sauvagerd Lehrgebiet Informationstechnik Nov. 2006, Seite 1 www.etech.haw-hamburg.de/~sauvagerd Lehrgebiet Informationstechnik Nov. 2006, Seite 2
Informationstechnik Die Informationstechnik befasst sich mit der Verarbeitung und Speicherung von Informationen Anwendungsgebiete der Informationstechnik finden sich in vielen Bereichen der Industrie, wie z.b. Telekommunikation Autoindustrie Unterhaltungselektronik Computersysteme Verschiedene Hardwareplattformen werden zur Implementierung von Systemen verwendet Mikroprozessoren (µcs) Digitale Signalprozessoren (DSPs) Rekonfigurierbare Logic-ICs (FPGA) Lehrgebiet Informationstechnik Nov. 2006, Seite 3 Informationstechnik Aufgrund der steigenden Komplexität der Systeme gewinnen die Verwendung von CAD Werkzeugen, sowie die parallele Software- und Hardware-Entwicklung immer mehr an Bedeutung Der Inhalt der Vorlesungen und Labore ist daher auf diese Anforderungen zugeschnitten In den Laboren wird die Software-Entwicklung für komplexe Systeme mit Hilfe von rekonfigurierbarer Hardware und/oder programmierbaren Prozessoren durchgeführt. Lehrgebiet Informationstechnik Nov. 2006, Seite 4
Informationstechnik Wesentliche Säulen der Informationstechnik sind Digitaltechnik Digitale Systeme Digitale Hardware (A/D- und D/A-) Mikroprozessortechnik Digitale Signalverarbeitung Echtzeitbetriebssysteme Lehrgebiet Informationstechnik Nov. 2006, Seite 5 Digitaltechnik Allgemein : Realisierung und Beurteilung von Schaltnetzen und Schaltwerken mit modernen programmierbaren Bausteine wie CPLDs und FPGAs. Mit CPLDs und FPGAs werden Funktionseinheiten vom einfachen Zähler bis hin zum programmierbaren RISC-Prozessor realisiert Hardwarebeschreibungssprache (VHDL, System C) Schaltungen werden in VHDL beschrieben, simuliert und auf einen programmierbaren Baustein übertragen (realisierte Funktion) Lehrgebiet Informationstechnik Nov. 2006, Seite 6
Digitale Systeme Bei den Digitalen Systemen steht der systematische Aufbau digitaler Systeme im Vordergrund: Partitionierung der Teilsysteme Kommunikation zwischen den Teilsystemen, d.h. interne Kommunikation zwischen TEIL-Systemen Handshake-Mechanismen, Interne Bussysteme, Tri-State-Systeme (evt. auch Pegelanpassung) Systematik der Implementierung von Algorithmen der Digitalen Systeme Entwurf von Daten-/Steuerpfaden, "Algorithmic State-Machines bzw. Zustandsautomaten" exemplarischer Entwurf von (Co)-Prozessoren Lehrgebiet Informationstechnik Nov. 2006, Seite 7 Digitale Hardware Bei Digitaler Hardware stehen die Vorgänge bei der Übertragung von Impulsen auf Leitungen und die elektrischen Eigenschaften von Schaltungen im Vordergrund. Es werden z.b. Schaltungen zur Pegelanpassung, zur Generierung von Impulsen und zur Analog- Digital- bzw. Digital-Analogumsetzung konzipiert und untersucht. x(t) A/D Wandler x(n) Sensorschaltungen und -systeme werden berechnet und messtechnisch verifiziert. Lehrgebiet Informationstechnik Nov. 2006, Seite 8
Prozessorsysteme In der Mikroprozessortechnik finden (weitere) Versuche zur Programmierung von Mikroprozessoren bzw. Mikrocontrollern statt. Die Programme werden zum überwiegenden Teil in der Hochsprache ANSI C geschrieben, für zeitkritische Anwendungen auch teilweise in Assembler. Mit der Ein-/Ausgabe von Daten über eine parallele oder serielle Schnittstelle und mit der Zeitmessung mit Hilfe eines Timers werden die Grundlagen gelegt, die in späteren Laborprojekten z.b. auch die Realisierung komplexer Systeme mit grafischer Bildschirmanzeige erlauben Lehrgebiet Informationstechnik Nov. 2006, Seite 9 Digitale Signalverarbeitung In der digitalen Signalverarbeitung werden analoge Signale abgetastet, digitalisiert und mit einem schnellen Signalprozessor in Echtzeit verarbeitet. Programmentwicklung Hochsprache ANSI C Laborversuche a 0 a 1 a 2 a 3 + Signaltransformationen (FFT) Q,CL digitale Filter (FIR, IIR, adaptive Filter). y(n) Moderne Audio- als auch Bildkompressionsverfahren werden vorgestellt. Damit können die Studenten praktische Erfahrungen bei der ein- und zweidimensionalen Signalverarbeitung gewinnen. x(n) T T T T T a N-2 a N-1 a N Lehrgebiet Informationstechnik Nov. 2006, Seite 10
Digitale Signalverarbeitung Zwei Säulen der digitalen Signalverarbeitung : Digitale Signalverarbeitung mit FPGA s... A/D D/A Programmierung in VHDL Lehrgebiet Informationstechnik Nov. 2006, Seite 11 Digitale Signalverarbeitung (VHDL) A/D D/A Lehrgebiet Informationstechnik Nov. 2006, Seite 12
Digitale Signalverarbeitung und Digitale Signalverarbeitung mit DSPs A/D D/A Programmierung in ANSI C Lehrgebiet Informationstechnik Nov. 2006, Seite 13 Rohde & Schwarz UPV Analyser Lehrgebiet Informationstechnik Nov. 2006, Seite 14
Echtzeitbetriebssysteme Echtzeitbetriebssysteme werden zur Steuerung von komplexen zeitkritischen prozessgesteuerten Systemen eingesetzt. Für die Entwicklung und das Testen von Echtzeitprogrammen stehen vernetzte PCs mit einem leistungsfähigen Echtzeitbetriebssystem mit grafischer Benutzeroberfläche und eigener Entwicklungsumgebung zur Verfügung. Aufgabenschwerpunkte sind das Erstellen/-Untersuchen von Client-Server-Programmen, Messungen von Übertragungsgeschwindigkeiten, Antwort- und Latenzzeiten, die gezielte Verteilung von Systemressourcen und die zeitgesteuerte Messdatenerfassung. Lehrgebiet Informationstechnik Nov. 2006, Seite 15 Informationstechnik Ausbildungsziele der Studienrichtung Konzeption, Entwicklung, Beurteilung und Einsatz von digitalen Schaltungen Elektrische Anpassung digitaler Schaltungen mit elektronischen Bauelementen und Komponenten (AD-/DA-, Bus-Treiber). Entwicklung digital arbeitender Funktionseinheiten und Geräte Einsatz von rekonfigurierbaren Bausteinen mit hoher Integrationsdichte CPLDs und FPGAs für Steuerungs- und Signalverarbeitungsanwendungen. Einsatz von Mikrocontrollern (Embedded Systeme) Hardware-Inbetriebnahme incl. der seriellen u. parallelen Interfaces. C Softwareentwicklung für die HW-Basisfunktionen und die Geräteapplikationen. Echtzeitbetriebssystem für komplexe Messdatenerfassungs- und Steuerungsaufgaben Einsatz von Signalprozessoren in der Audio- und Bildverarbeitung C Softwareentwicklung für die Anwendungen der Filterfunktionen Frequenzanalysen und Transformationsalgorithmen (FFT). Anwendungsprogrammierung für PC-Plattformen Objektorientierte Programmierung und Einsatz von MFCs. Java- und Internet-Programmierung. Lehrgebiet Informationstechnik Nov. 2006, Seite 16
Vorlesungen aus dem Studienvertiefungsgebiet Digitale Informationstechnik Vorlesungen (Diplom/Bachelor/Masters) Semester Programmieren in C 1. Digitaltechnik 3. Mikroprozessortechnik 3. Digitale Schaltungstechnik 4. Projekte: Digitale Messtechnik, µp-lcd, µc-cpld 4. Digitale Systeme/FPGA Projekt 6. Prozessorsysteme/Hitachi 16 Bit µc H8S 6. Digitale Signalverarbeitung/TI DSP 320C6701 6. Objektorientierte Programmierung C++ 7. Echtzeitbetriebssysteme/ QNX 7. Digitale Hardware 7. Seminar Busse und Netze 7. Wahlpflichtmodule: Audiosignalverarbeitung, 6./7. Rechnersicherheit, Internet-Programmierung, FPGA- Prozessoren,... Digitale Signalverarbeitung auf Signalprozessoren MES Embedded Systems MES Signal Processing IEM Lehrgebiet Informationstechnik Nov. 2006, Seite 18 Informationstechnik : Forschungsaktivitäten "INSEL Internetbasiertes System eines erweiterbaren Lastmanagements zur Integration in virtuelle Kraftwerke", Laufzeit 3 Jahre, Fördersumme ca. 300.000. Lehrgebiet Informationstechnik Nov. 2006, Seite 19
Informationstechnik Professoren der Studienvertiefungsrichtung Informationstechnik Namen Raum Prof.Dr.-Ing. R.Fitz 1002 Prof. Dr.-Ing. H. P. Kölzer 1201 Prof. Dr. rer. nat. J. Reichardt 1002 Prof. Dr.-Ing. K.Riemschneider 1003 Prof. Dr.-Ing. U. Sauvagerd 882 Prof. Dr. rer. nat. J. Schneider 1004 Prof. Dr.-Ing. F. Schubert 1003 Prof. Dr.-Ing. U. Vogelsang 1003 Prof. Dr.-Ing. J. Vollmer 1482 Lehrgebiet Informationstechnik Nov. 2006, Seite 20