Modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Prof. Dr. Holger Schlingloff Institut für Informatik der Humboldt Universität und Fraunhofer Institut für offene Kommunikationssysteme FOKUS

Wiederholung Was ist ein „System“? Was ist ein „eingebettetes System“? Welche Marktbereiche gibt es für ES? Wie ist die Marktrelevanz im Vergleich zu PCs/Tablets/Workstations? Welche gesellschaftlichen Herausforderungen kann man damit anpacken? Welche Merkmale kennzeichnen ein ES, welche sekundären Merkmale gibt es?

Merkmale eingebetteter Systeme kennzeichnende Merkmale fester Bestandteil eines technischen Systems Zweckbestimmtheit (im Gegensatz zum Universalrechner) Interaktion mit Umgebung durch Sensorik und Aktuatorik Reaktivität, meistens Realzeitabhängigkeit sekundäre Merkmale oft für Regelungs- / Steuerungsaufgaben vorgesehen häufig Massenware, Konsumgut vielfach schlecht bzw. nicht wartbar und nicht erweiterbar für viele unverzichtbar, manchmal auch sicherheitskritisch zunehmend auch vernetzt

Cyber-physische Systeme Merkmal eingebetteter Systeme: vielfach vernetzt WLAN, Bluetooth, GSM/UMTS/LTE, Zigbee, … Ein cyber-physisches System (am.: cyber-physical system) ist eine Menge eingebetteter Systeme, die miteinander und/oder mit anderen Informatiksystemen vernetzt sind. Beispiele das Netz der Steuergeräte in einem KFZ die Steuergeräte einer industriellen Produktionsstraße ein Sensornetz zur Erdbebenfrühwarnung ein Fußballteam humanoider Roboter

prognostizierte Entwicklung Kleiner, besser, billiger ... bereits heute mehr eingebettete Systeme als Menschen auf der Welt Elektronik als Wegwerf-Artikel (z.B. RFID, Grusspostkarten) „Ubiquitous Computing“: Der allgegenwärtige Computer Brille mit Hörgerät Jacke mit eingebautem MP3-Spieler Uhr, GPS im Ärmel? sprechende Krawatten? SoC, „System-on-Chip“ „Smart Dust“, Sensornetzwerke Intelligente autonome Systeme …

Vision? Bilder: Marwedel, © Dobelle Institute

„Nationale Roadmap“ Hausaufgabe: lesen! http://www.pt-it.pt-dlr.de/_media/Roadmap-Embedded-Systems.pdf Hausaufgabe: lesen!

Querschnittstechnologie für hohe Marktrelevanz 71 Mrd.€ Weltmarktvolumen 25-35% Wertanteil im Auto 10-20% FuE-Kostenanteil Querschnittstechnologie für alternde Gesellschaft nachhaltige Mobilität Sicherheit, Schutz Umwelt und Energie Wissensgesellschaft, Globalisierung, Urbanisierung  Forschungsbedarfe!

spezifische Problemstellungen fester Bestandteil eines technischen Systems Notwendigkeit des mechanischen Einbaus, oft in unmittelbarer Nähe der Umgebung (Hohlräume, Motorraum, Ölwanne, Reifeninneres) physikalische Belastungen, Platz- und Energieprobleme Zweckbestimmtheit Effizienz der Funktionserbringung, minimaler Ressourceneinsatz Systemschnittstellen liegen i.a. vorher fest, nicht definierbar Interaktion mit Umgebung durch Sensorik und Aktuatorik Kenntnis der Umgebung, Schnittstellenbeschreibung Sensor- und Aktuatorverhalten, mechanische Ungenauigkeiten Rückkopplungseffekte Ausfallproblematik Reaktivität, meistens Realzeitabhängigkeit Forderungen an Betriebssystem

weitere Problemstellungen oft für Regelungs- / Steuerungsaufgaben vorgesehen Interaktion Informatiker / Ingenieure häufig Massenware, Konsumgut, billig („Kommodität“) Kostendruck für die Produktion (Optimierungen im Cent-Bereich) Ressourcenbeschränktheit (z.B. Verarbeitungsbreite, Energie) vielfach schlecht bzw. nicht wartbar und nicht erweiterbar Instandsetzungskosten höher als Produktionskosten keine „Patches“, alles muss beim ersten Mal richtig funktionieren Rückruf / Garantieleistung kann Firma ruinieren für viele unverzichtbar, manchmal auch sicherheitskritisch Verlässlichkeit, Verfügbarkeit, Wiederverwendbarkeit (RAM) Fehlertoleranz zunehmend auch vernetzt (ubiquitär) Synchronisationsprobleme, Feature Interaction

Realzeitsysteme „meistens Realzeitabhängigkeit“ als kennzeichnendes Merkmal Begriffe „eingebettetes System“ und „Realzeitsystem“ werden manchmal gleichgesetzt umgangssprachlich „in Echtzeit“ heißt die Transformation von Daten (Encoding/Decoding) erfolgt in der selben Geschwindigkeit wie der Dateneingang Hier allgemeinere Definition nicht nur korrekte, sondern auch zeitgerechte Erbringung einer Leistung ist wichtig nicht: „möglichst schnell“ Definition nach DIN 443000 Ein Betrieb eines Rechensystems, bei dem Programme zur Verarbeitung anfallender Daten ständig betriebsbereit sind, derart, dass die Verarbeitungsergebnisse innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne verfügbar sind.

Prinzipieller Aufbau eines ES Interaktion mit der Umwelt über Sensoren und Aktuatoren (Aktoren) Gehäuse und Stecker AD- und DA-Wandler digitale Kommunikationsschnittstellen (Bussysteme, Displays) Prozessor (Flash-) Speicher (ROM) AD DA Prozessor Speicher Bus Sensor Aktuator Display Umgebung

Software für eingebettete Systeme Host Target Layered Software Architecture OS HAL Applikationen IDE