Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U....

1Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte

Prof. Dr. Uwe Brinkschulte

Lehrstuhl für Eingebettete Systeme

brinks@es.cs.uni-frankfurt.de

Robert-Mayer-Straße 11-15

Sekretariat: Linda Stapleton, Raum 211a

stapleton@es.cs.uni-frankfurt.de

2Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte

Forschungsgebiete

Hard- und Software für eingebettete SystemeHard- und Software für eingebettete Systeme

Im Speziellen:

• Mikrocontroller & Mikroprozessoren• Eingebettete Echtzeitsysteme• Verteilte eingebettete Systeme• Echtzeit-Middleware• Organic Computing• Selbst-Organisation und Echtzeit

3Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte

Projekte

Middlewarekern OSA+

Anwen-dungs-dienst

Anwen-dungs-dienst

…

Basis-dienste

Erwei-terungs-dienste

Body / Emotions

Sinus Node

Myocardial Cell

Parasympathetic Nervous System

Sympathetic Nervous System

Low

Pow

er –

Fail

Saf

e – R

eal T

ime Mod. 1 Mod. 2

Learning/ Adaptation

?

Algo- rithm

?

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Organic Manager

Control Loop

Environment / Task

Bra

in L

evel

Org

an L

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Cel

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el PC

Processing Cells

PC PC

PC PC PC

PC

Atrioventricular Node

Control Loop

Sensor

Barke

PC

Legende:

Komodo CAR-SoC CARISMA DODOrg

OSA+ SIMON

SELINA

REMIS

4Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte

Lehre

Vorlesungen Hardware-Architektur & Rechnersysteme SS Computer Architecture WS Eingebettete Systeme WS (2 jährig) Spezielle Themen bei Eingebetteten Systemen - Organic

Computing SS (2 jährig)

Praktika Grundlagen Hardwaresysteme SS Mikrocontroller & Eingebettete Systeme WS

Seminare Robuste Systemarchitekturen – Organic Computing WS

5Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte

Vorlesung Eingebettete Systeme

Inhalte:

Hardware-Plattformen für eingebettete Systeme

Busse zum Umfeld

Echtzeitaspekte der Software

Entwurf verteilter eingebettete Systeme

Organic Computing

6Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte

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

7Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte

Vorlesung Eingebettete Systeme

WS 2010/2011

Prof. Dr. U. Brinkschulte

8Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte

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.)

9Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte

Literatur

[1] Brinkschulte, Ungerer

Mikrocontroller und Mikroprozessoren

3. Auflage, Springer Verlag, Heidelberg, 2010

[2] Wörn, Brinkschulte

Echtzeitsysteme

Springerverlag, Heidelberg, 2005

10Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte

Detaillierte Inhalte

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

Literatur

[1] Kap. 3

11Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte

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 ATmega128A - ein kompakter Mikrocontroller 2.6.2 PXA 270 – 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

12Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte

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. 5

[2] Kap. 4.4

[2] Kap. 6

13Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte

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

14Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte

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

15Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte

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. 3.6.4

[1] Kap. 3.6.4

16Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte

Organisatorisches

Folien und Übungsblätter verfügbar unter

http://www.es.cs.uni-frankfurt.de/index.php?id=158

Vorlesung: Dienstag 13:00 – 16:00, SR 11, RM 11-15

Uwe Brinkschulte, Mathias Pacher

Übung: Donnerstag 13:00 – 14:00, SR 307, RM 11-15

Ankündigung in der Vorlesung

Mitarbeiter des Lehrstuhls