Vorlesung Eingebettete Systeme

A) Einführung
B) Entwurfsablauf
C) Modellierung, Spezifikation
D) Verifikation, Validierung
E) Architekturen
F) Realisierung, Synthese

Zur Einleitung (Vorlesungsabschnitt A) wird an Beispielen aus unterschiedlichen Anwendungsgebieten (Steuerung, Kommunikation, Robotik) veranschaulicht, was ein eingebettetes System ist und welche Eigenschaften und Besonderheiten diese Systeme haben. Es wird ein Überblick über die Thematik und verwendete Schlagworte gegeben.

Anschließend (Vorlesungsabschnitt B) wird der typische Entwurfsablauf für ein eingebettetes System erläutert. Im Rahmen des Entwurfsablaufs werden Begriffe wie Abstraktionsebenen, Entwurfsaspekte und Entwurfsschritte speziell für den Entwurf von eingebetteten Systemen eingeführt. Anhand von Entwurfsabläufen und den zugrunde liegenden Entwurfsmethodiken soll ein grundlegendes Verständnis vermittelt werden, in das das nachfolgende Detailwissen eingeordnet werden kann. Ausgehend vom Entwurfsablauf werden folgende vier Thematiken im Detail vorgestellt.

In C wird vorgestellt, wie Automaten, Petri Netze, Datenflußgraphen, Statecharts oder UML zur Modellierung und Spezifikation von eingebetteten Systemen verwendet werden. Hierbei wird auf eine strikte Trennung zwischen Modellierungsparadigmen, Sprachen und Werkzeugen geachtet. Für die eingeführten Modellierungsparadigmen werden, soweit verfügbar, Sprachen (StateCharts, Lustre ...) und Werkzeuge (StateMate, Matlab/Simulink,...) vorgestellt. Schwerpunkte werden hier auf die Modellierung des Zeitverhaltens, der Kommunikation und von adaptivem Verhalten gelegt.

Eingebettete Systeme müssen validiert (Vorlesungsabschnitt D) und in vielen Teilen auch verifiziert werden, da sie häufig in sicherheitskritischen Bereichen (Kfz) angewendet werden. Neben der Funktion müssen vor allem das Zeitverhalten und ggf. die Fehlertoleranz nachgewiesen werden. Die hierzu notwendigen Verfahren werden in diesem Vorlesungsabschnitt vorgestellt.

Der Vorlesungsabschnitt E Architekturen besteht aus zwei Teilen, in denen verschiedene SW- und HW-Architekturen (uP DSP, ...) vorgestellt werden. Der Schwerpunkt der Vorlesung liegt hier auf der Vorstellung von System- und SW- Architekturen (verteilte, eventgetriebene, datenflußorientierte Architekturen) sowie auf Netzwerken (FireWire, CAN Bus).

In F werden Verfahren behandelt, die für die Realisierung oder Synthese von eingebetteten Systemen benötigt werden. Hier werden Verfahren zur funktionellen und strukturellen Partitionierung, zum Scheduling, zur Allokation und zur Codegenerierung aus Spezifikationen vorgestellt. Ein Überblick über Realzeitbetriebssysteme und Kommunikationsschnittstellen wird gegeben.