Software-Engineering II Eingebettete Systeme, Softwarequalität, Projektmanagement Prof. Dr. Holger Schlingloff Institut für Informatik der Humboldt Universität und Fraunhofer Institut für Rechnerarchitektur und Softwaretechnik 7.12.2005

Hinweis U Swansea Sokrates-Austausch für Hörer dieser Vorlesung! http://news.bbc.co.uk/2/hi/uk_news/wales/4464736.stm 7.12.2005

Beispiel Wasserstandsregelung Hausaufgabe wurde aktualisiert! 7.12.2005

Übersicht 0. Einleitungsbeispiel (Mars Polar Lander) 1. Eingebettete Systeme 1.1. Definitionen (eingebettetes System, Realzeit, Prozess, Steuerung, …) 1.2. Anforderungsanalyse 1.3. Modellierung Timed Automata, UPPAAL Hybride Automaten Datenflussmodelle, SimuLink 1.4. Architektur Hard- und Software-Aufbau Fehlertoleranz Echtzeitbetriebssysteme, Scheduling 7.12.2005

Eingebettete Systeme: Hardware Spezielle Prozessoren 4-bitter, minimale Kosten, energieoptimiert keine MMU, Coprozessoren, FloatingPoint Microcontroller mit zusätzlichen Steuerungsleitungen Spezialprozessoren (DSP, SoC, Krypto) Trend: FPGAs Spezielle Speicher meist bewegungslos (keine magnetischen/optischen Medien) ROM, PROM, EEPROM; zunehmend: Flash Disks minimaler RAM, auch; dual ported RAM Zusatzhardware Spezielle Platinen, AD/DA-Wandler, ASICs einsatzspezifische Sensoren und Aktuatoren Einfache Kommunikationsbusse und –netze CAN, Feldbusse; zunehmend auch Ethernet, Bluetooth etc. 7.12.2005

Eingebettete Systeme: Aufbau Applikationsschicht Steuerungsalgorithmus Benutzungsschnittstelle Realzeit-Betriebssystem oder Middleware Hardware Sensorik, Aktuatorik Netzverbindung Prozessankopplung 7.12.2005

Eingebettete Systeme: Software keine dynamische Speicherzuteilung! in den allermeisten Fällen C, manchmal Java Bytecode (JVM?), selten Assembler Module als Instanzendiagramme beschrieben (feste Instanziierung) Kommunikation über Nachrichten auf fest zugeteilten Speicherplätzen Komponenten sind ereignisgetrieben, reagieren auf Unterbrechungen von Sensoren oder Uhren, indem sie ihren Zustand ändern und Nachrichten verschicken Spezifikation durch Modelle (z.B. StateCharts, SimuLink) Codegenerierung, Entwurfsmuster 7.12.2005

Software-Entwurfsmuster Control Loop innerhalb einer festen Schleife werden die Sensorwerte abgelesen, Aktionen berechnet, und Aktuatorausgänge angesteuert Special Task Agent Prozess wird durch Ereignis angestoßen, führt Berechnung durch, legt sich wieder schlafen Watchdog Komponente, die regelmäßig angestoßen („gefüttert“) werden muss, ansonsten leitet sie eine Ausnahmebehandlung an („beißt“) Sanity Check eine Task rechnet, die andere überwacht die Plausibilität TMR dreifach modulare Redundanz mit Voting, siehe nachher 7.12.2005

Beispiel SPS speicherprogrammierbare Steuerungen (engl. PLC, programmable logic controller) seit 1960-er Jahre Standard in der Automatisierungstechnik normierte Anschlüsse 24V; hinter jedem Eingang Entprellung und elektrische Trennung; Ausgänge für Relais oder Halbleiter EPROM programmierbar über serielle Schnittstelle Feldbus- und Netzanbindungsmöglichkeiten Ausführungsmodell: Control Loop Start und Stoppzustand, Selbstdiagnose Programmierung während Stopp, Initialisierung beim Start verschiedene Programmiermöglichkeiten (DIN EN 61131) IL/AWL (Instruction List, Anweisungsliste), ST (strukturierter Text) LD/KOP (Ladder Diagram, Kontaktplan), FBD/FUP (Funktionsplan), SFC/AS (Sequential Function Chart, Ablaufsprache) 7.12.2005

SPS - Grundsätzlicher Aufbau aus: http://www.tfh-berlin.de/~msr/pdf-files/Steuerungstechnik/STE_Vorlesung%20Teil%2001.pdf 7.12.2005

SPS - Programmierung 7.12.2005

Beispiel: SPS-Simulator TrySim 7.12.2005

Reaktionszeiten maximale Reaktionszeit setzt sich zusammen aus Hardwareverzögerung an den Eingängen Abfragezeit an den Eingängen Systemverwaltungszeit Signalverarbeitungszeit Hardwareverzögerung an den Ausgängen 7.12.2005