Prof. Dr. Uwe Brinkschulte Lehrstuhl für Eingebettete Systeme brinks@es.cs.uni-frankfurt.de Robert-Mayer-Straße 11-15 Sekretariat: Linda Stapleton,

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

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

3 Projekte Komodo CAR-SoC CARISMA DODOrg SELINA OSA+ REMIS SIMON

4 Lehre Vorlesungen Praktika Seminare
Hardware-Architektur & Rechnersysteme SS (Teil des Bachelor Basis-Modul B-HW) Eingebettete Systeme WS (Teil des Bachelor Vertiefungsgebiet TS, Modul B-ES / Teil des Mastergebiets Informatik der Systeme, Bereich Systems Engineering) Praktika Grundlagen Hardwaresysteme SS (Bachelor Basis Modul B-HWS-PR) Mikrocontroller & Eingebettete Systeme WS (Teil des Mastergebiets Informatik der Systeme, Bereich Systems Engineering) Seminare Robuste Systemarchitekturen – Organic Computing WS (Teil des Mastergebiets Informatik der Systeme, Bereich Systems Engineering)

5 Praktikum Mikrocontroller & Eingebettete Systeme
Versuche zur Anwendung von Mikrocontrollern und deren Einsatz für eingebettete Systeme Programmierung von Mikrocontrollern Schnittstellen zur Interaktion mit dem Umfeld Kombination Mikrocontroller und programmierbare Logik Praktische Anwendung der Vorlesung “Eingebettete Systeme” Ergänzt das Praktikum “Hardwaresysteme” (ist jedoch keine Voraussetzung) Versuche: Einführung in die Programmierung Einsatz der parallelen Schnittstellen Einsatz der seriellen Schnittstellen Verwendung von Timern Anschluss einer SD-Karte Kombination mit einem FPGA für verschiedene Controllerfunktionen (z.B. VGA Controller) jährlich ab WS 2009/10

6 Seminar Robuste Systemarchitekturen – Organic Computing
Organic Computing Initiative neues Forschungsfeld der Informatik komplexe eingebettete Systeme “lebensähnlicher” gestalten Eigenschaften lebender Organismen auf eingebettete Systeme übertragen: Selbst-X Eigenschaften (Selbstorganisation, Selbstkonfiguration, Selbstoptimierung, Selbstheilung, ...) Emergentes Verhalten Seminarziele: aktueller Stand der Forschung anhand ausgewählter Publikationen erarbeiten Zwischenschritte auf dem Weg zur Realisierung von Organic Computing Systemen identifizieren zweijährig ab WS 2008/09

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

8 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

9 Vorlesung Eingebettete Systeme
WS 2008/2009 Prof. Dr. U. Brinkschulte

10 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.)

11 Literatur [1] Brinkschulte, Ungerer
Mikrocontroller und Mikroprozessoren 2. Auflage, Springer Verlag, Heidelberg, 2007 [2] Wörn, Brinkschulte Echtzeitsysteme Springerverlag, Heidelberg, 2005

12 Detaillierte Inhalte 1. Grundlagen 2. Hardware-Plattformen
Literatur 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 2.1.1 Abgrenzung zu Mikroprozessoren 2.1.2 Anwendungsfelder 2.1.3 Leistungsklassen und Familien 2.1.4 Auswahlkriterien für den Einsatz von Mikrocontrollern 2.1.5 Softwareentwicklung 2.2 Systems on Chip (SoC) 2.3 Energiespartechniken 2.4 Java und Java-Prozessoren für eingebettete Systeme [1] Kap. 1 [2] Kap. 1.3 u. 1.4 [1] Kap. 3

13 Detaillierte Inhalte 2.5 Mikrocontroller-Komponenten
2.5.1 Prozessorkerne 2.5.2 Ein-/Ausgabeeinheiten 2.5.3 Zeitgeberbasierte Einheiten 2.5.4 Speicher 2.5.5 Unterbrechungssteuerung 2.5.6 DMA 2.5.7 Erweiterungsbus 2.6 Mikrocontroller-Beispiele 2.6.1 ATmega128 - ein kompakter Mikrocontroller 2.6.2 PXA 255 – ein Hochleistungs-Mikrocontroller 2.6.3 MCore - optimiert für niedrigen Energieverbrauch 2.6.4 Komodo - ein Forschungs-Mikrocontroller 2.7 Signalprozessoren 2.7.1 Einiges zur Theorie der digitalen Signalverarbeitung 2.7.2 Abgrenzung zu Mikrocontrollern und Mikroprozessoren 2.8 Signalprozessor-Beispiele 2.8.1 Ein einfacher Signalprozessor 2.8.2 Ein Hochleistungs-Signalprozessor 2.9 Analoge Schnittstellen [1] Kap. 4 [1] Kap. 5 [2] Kap. 3.3

14 Detaillierte Inhalte 3. Busse zum Umfeld
3.1 Peripheriebusse 3.1.1 USB 3.2 Feldbusse 3.2.1 Überblick und Anwendungen 3.2.2 Der ProfiBus 3.2.3 Der CanBus 3.2.4 Der INTERBUS 3.2.5 ASI 3.2.6 EIB 4. Echtzeitaspekte der Software 4.1 Grundlagen von Echtzeitsystemen 4.2 Echtzeitprogrammierung 4.2.1 Synchrone Programmierung 4.2.2 Asynchrone Programmierung 4.3 Aufbau von Echtzeitbetriebssystemen [2] Kap. 4.4 [2] Kap. 5 [2] Kap. 6

15 Detaillierte Inhalte 4.4 Echtzeitscheduling
4.4.1 FIFO-Scheduling 4.4.2 Fixed-Priority-Scheduling 4.4.3 EDF-Scheduling 4.4.4 LLF-Scheduling 4.4.5 Time-Slice-Scheduling 4.4.6 Guaranteed Percentage Scheduling 4.5 Synchronisation und Kommunikation 4.5.1 Synchronisation gemeinsamer Betriebsmittel 4.5.2 Task-Kommunikation 4.6 Speicher- und IO-Verwaltung 4.6.1 Speicherverwaltung 4.6.2 IO-Verwaltung 4.7 Klassifizierung und Beispiele von Echtzeitbetriebssystemen 4.7.1 QNX 4.7.2 Posix 4.7.3 RTLinux [2] Kap. 6

16 Detaillierte Inhalte 5. Entwurf verteilter eingebetteter Systeme
5.1 Anforderungen und Architekturen 5.2 Entwurfsmuster “Dienstorientierte Architektur” 5.3 Middleware als Systemplattform 5.3.1 Aufgaben der Systemplattform 5.3.2 Middleware 5.4 OSA+ 5.5 CORBA und RT-CORBA 5.6 Verteilte Mess- und Stelldienste 5.6.1 Grundlagen 5.6.2 Ein verteilter Mess- und Stelldienst [2] Kap. 7

17 Detaillierte Inhalte 6. Organic Computing
6.1 Grundlagen des Organic Computing 6.2 Organic Computing und Systems on Chip 6.2.1 Autonomic Systems on Chip (ASoC) 6.2.2 Connective Autonomic Real-time Systems on Chip (CARSoC) 6.3 Organic Computing und Middleware 6.3.1 OSA+ als „organische Middleware“, neue Konzepte, Organic Manager 6.3.2 DodOrg - Digital On Demand Computing Organism 6.4 Ein künstliche Hormonsystem zur Taskzuordnung in verteilten eingebetteten Systemen 6.4.1 Natürliches Hormonsystem 6.4.2 Künstliches Hormonsystem 6.4.3 Künstlichen Hormone 6.4.4 Dynamik des Hormonsystems 6.4.5 Datenaufkommen der Hormonausschüttung 6.4.6 Güte der Taskzuordnung [1] Kap [1] Kap

18 Organisatorisches Folien und Übungsblätter verfügbar unter http://
Vorlesung: Dienstag 14:00 – 16:00, SR 9, RM 11-15 Mittwoch 14:00 – 16:00, SR 307, RM 11-15 Übung: ersetzt einen der obigen Termine im 2-Wochen- Abstand, Ankündigung in der Vorlesung