Master Embedded Systems: Lehrveranstaltungen und Informationen zum Studium

Dieses Modul setzt sich aus einer Serie von wählbaren kompakten Kursen (je 2-3 ECTS-Punkte) zusammen, um die heterogenen Vorkenntnisse der Studierenden in ausgewählten Bereichen der Embedded Systems Technologien (Elektronik, Technische Informatik etc.) zu harmonisieren. Primäre Ziele der Kompaktkurse sind für die entsprechende Thematik zu
sensibilisieren sowie Einstiegs- bzw. Überblickskenntnisse zu vermitteln um so
die erforderlichen Vorkenntnisse für andere Module zu realisieren.

Lehrinhalte

Ausgewählte Kapitel der Elektronik und der Technischen Informatik in Form von wählbaren, kompakten Kursen, mit dem Ziel unterschiedliche Vorkenntnisse (z.B. aus den absolvierten Bachelorstudien) der Studierenden
zu adressieren; bspw.:
- Einführung in VHDL
- Grundlagen der FPGA Technologien
- Electronic Basics
- Repetitorium in C
- ...

Vorkenntnisse

keine

Lernergebnisse

Nach erfolgreichem Abschluss sind die Studierenden in der Lage,...
- sich selbständig in der Thematik des jeweiligen Kurses zu vertiefen;
- die geforderten Vorkenntnisse relevanter Lehrveranstaltungen zu erfüllen.

Leistungsbeurteilung

Kursabhängig, i.A. LV-Immanente Leistungsbeurteilung

Literatur

Empfehlungen:
- Kursabhängig

Lernunterlagen:
- Studienbriefe

Die Lehrveranstaltung vermittelt profunde Kenntnisse über Entwurf, Verifikation, Fertigung und Test von anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs) samt einem Überblick über heutzutage zur Verfügung
stehende Technologien und wirtschaftlichen Hintergrundinformationen, mit Schwerpunkt auf Standard-Zellen-basierte digitale ASICs.

Lehrinhalte

- Terminologie und Basics von anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs)
- Modellierung komplexer ASIC-Designs mit SystemC
- Verifikation digitaler ASIC-Designs mit Verifikationssprachen wie PSL, SystemC, SystemVerilog, ...
- Optionen für den Entwurf von ASICs und Prozesstechnologien
- Entwurfsablauf von Standard-Zellen-basierten ASICs (Logiksynthese, Backend Design, Fertigungstest, ...)
- Fertigung von ASICs
- Wirtschaftliche Hintergründe bei der Entwicklung von ASICs
- International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS)

Vorkenntnisse

- Detaillierte Kenntnisse zur Beschreibung von kombinatorischer und sequentieller Logik mit VHDL unter Berücksichtigung von Coding
Guidelines und der synchronen Design-Methodik
- Detaillierte Kenntnisse zur Verifikation digitaler Schaltungen und Systeme mittels eines industriellen Digitalsimulators
- Detaillierte Kenntnisse über PLD-Technologien sowie Synthese und Implementierung digitaler Schaltungen und Systeme mittels industrieller
Tools auf FPGA-Bausteinen als Zieltechnologie

Lernergebnisse

Nach erfolgreichem Abschluss sind die Studierenden in der Lage, ...
- die grundlegenden Konzepte einer Modellierungssprache für komplexe integrierte Schaltungen, wie SystemC, umzusetzen;
- Verifikationssprachen für digitale integrierte Schaltungen (PSL, SystemC, SystemVerilog, ...) anzuwenden;
- aus heutzutage verfügbaren Technologien für integrierte Schaltungen, die für einen bestimmten Anwendungsfall geeignetste Technologie, unter
wirtschaftlichen Rahmenbedingungen, auszuwählen;
- die grundlegenden Schritte zur Entwicklung und Fertigung eines Standard-Zellen-basierten ASICs, wie Logiksynthese, Backend Design, Fabrication,Fertigungstest etc. zu erklären;
- ausgewählte Tools für den Entwurf von digitalen integrierten Schaltungen zu bedienen;
- die Herausforderung beim Entwurf zukünftiger integrierter Schaltungen zu benennen.

Leistungsbeurteilung

LV-Immanente Leistungsbeurteilung

Literatur

Empfehlungen:
- D. C. Black, J. Donovan, B. Bunton, A. Keist (2010): SystemC: From the Ground Up, Springer, Second Edition
- C. Eisner, D. Fisman (2006): A Practical
Introduction to PSL, Springer
- H. Kaeslin (2014): Top-Down Digital VLSI
Design, Morgan Kaufmann
- M. J. S. Smith (1997): Application-Specific Integrated Circuits, Addison Wesley (content of the book freely available over the internet)

Lernunterlagen:
- Studienbriefe

Diese Lehrveranstaltung behandelt wesentliche Aspekte von Betriebssystemen für Embedded Systems und Real-Time Systems sowie
grundlegende Strategien zum Test von Embedded Software. In einem
Programmierworkshop wird hardwarenahe Programmierung von Mikrocontrollersystemen perfektioniert.

Lehrinhalte

- GPOS vs. RTOS, RTOS Charakteristika
- Tasks und Scheduling in RTOS
- Intertask Communication und Synchronization
- Ausnahmeverarbeitung (Exceptions, Interrupts)
- Timer und Timer Services
- Task-Modelle, zyklusbasiertes Scheduling
- Black Box Testing, White Box Testing
- System Test, Integration Test, Unit Test
- Automatic Data Race Detection
- Embedded Linux
- Workshop: Embedded Software Development based on Embedded Linux

Vorkenntnisse

Grundkenntnisse über Computerarchitektur, Betriebssysteme, Parallelverarbeitung und systemnahen Software-Entwurf in C

Lernergebnisse

Nach erfolgreichem Abschluss sind die Studierenden in der Lage, ...
- die Gemeinsamkeiten und die Unterschiede von General Purpose Operating System (GPOS) und Real Time Operating System (RTOS) zu
erklären;
- die passenden RTOS-Services, Task-Modelle, Scheduling-Methoden und Entwurfsmuster für eingebettete Software-Applikationen auszuwählen;
- eine passende Systemtestmethode auf Basis von System-Anforderungen auszuwählen sowie die Schlagkräftigkeit der gängigsten Testabdeckungen von Unit-Tests zu bewerten;
- Werkzeugtypen für Data-Race-Analysen anhand von Anforderungen auszuwählen;
- Embedded Linux Applikationen via Remote Debugging zu debuggen;
- selbstständig Kernelmodule für das eingesetzte Zielsystem zu verwalten;
- Softwarekomponenten einer größeren Applikation entsprechend den gegebenen Anforderungen in Embedded Linux in C zu implementieren;
- diese Komponenten über selbstdefinierte Schnittstellen zu einem Gesamtsystem zu vereinen.

Leistungsbeurteilung

LV-Immanente Leistungsbeurteilung

Literatur

Empfehlungen:
- Q. Li (2003): Real-Time Concepts for Embedded Systems, CMP Books
- S. Grünfelder (2013): Software-Test für Embedded Systems, dpunkt-Verlag
- P. Koopman (2010): Better Embedded System Software, Drumnadrochit Education
- T. Noergaard (2012): Embedded Systems Architecture: A Comprehensive Guide for Engineers and Programmers, Newnes
- K. Yaghmour, J. Masters, Gilad Ben-Yossef, P. Gerum (2008): Building Embedded Linux Systems, O'Reilly & Associates

Lernunterlagen:
- Studienbriefe

Die TeilnehmerInnen lernen regelungstechnische Aufgabe zu klassifizieren, geeignete Regelalgorithmen auszuwählen und einfache analoge Regler zu entwerfen, zu dimensionieren und zu testen.

Lehrinhalte

- Lineare zeitinvariante Systeme
- Systembeschreibung mit Differentialgleichungen
- Systembeschreibung im Zeit- , Frequenz- , Bildbereich
- Identifikation und Analyse von Regelstrecken
- Dimensionierung von Reglern (P, PI, PID, PIDT1, ...)
- Analoge Implemtierung von Reglern
- Anwendung von Reglerentwurfsverfahren
- Analyse, Entwurf und Beschreibung von Wurzelortskurve
- Bestimmung der Stabilität von Regelkreisen

Vorkenntnisse

- Grundlegende Kenntnisse der Differentialrechnung
- Grundlegende Kenntnisse der Elektronik (Schaltungstechnik, Messtechnik,
Operationsverstärker)
- Physikalische Grundkenntnisse (Messgrößen und Maßeinheiten, Elektrizität , Kinetik, Schwingungslehre)

Lernergebnisse

Nach erfolgreichem Abschluss sind die Studierenden in der Lage, ...
- die unterschiedlichen Typen von Regelkreisgliedern zu charakterisieren;
- die Regelkreisglieder im Zeit-, Frequenz-, und Bildbereich zu beschreiben;
- eine analoge Regeleinrichtung auszuwählen und zu dimensionieren;
- die entworfenen analogen Regelkreise zu analysieren und zu testen.

Leistungsbeurteilung

LV-Immanente Leistungsbeurteilung

Literatur

Empfehlungen:
- S. Zacher, M. Reuter (2011): Regelungstechnik für Ingenieure; Analyse, Simulation und Entwurf von Regelkreisen, Verlag Vieweg
- R. C. Dorf, R. H. Bishop (2008): Modern Control Systems; Pearson Education

Lernunterlagen:
- Studienbriefe

Die Lehrveranstaltung ist eine Einführung in die Entwicklung und Analyse von Embedded Systems, an die hohe Anforderungen an Verlässlichkeit und Sicherheit gestellt werden. Neben der Erarbeitung der Terminologie und
grundlegender Methoden zur Zuverlässigkeitsberechnung werden Methoden
der Risikoanalyse, Architektur- und Designprinzipien zum Entwurf zuverlässiger Systeme, sowie Analysemethoden zur Bewertung solcher Systeme vorgestellt. Darüber hinaus wird auf den Schutz der Systeme vor Angriffen von außen eingegangen.

Lehrinhalte

- Dependable Systems Einführung (Definition, Eigenschaften, Fehlerursachen und Systemausfallsarten)
- Berechnung der Zuverlässigkeit von Systemen (inkl. Auffrischung relevanter Teile aus der Wahrscheinlichkeitsrechnung)
- Grundkonzepte für zuverlässige Systeme (Fehlertoleranz ...)
- Gefahren- und Risikoanalyse (ASIL-Einstufung gemäß ISO 26262)
- Systementwurf zuverlässiger Systeme inkl. Beispiele (fail safe vs. fail operational systems etc.)
- E/E-Hardware Zuverlässigkeit (Ausfallsraten der Grundkomponenten)
- Quantitative Zuverlässigkeitsanalyse (FMEDA)
- Softwareentwurf und Implementierung zuverlässige Systeme
- Rückwirkungsfreiheit von Software in Systemen mit heterogenen Sicherheitsanforderungen
- Definition, Eigenschaften, Angriffsarten (Beispiele)
- Ausgewählte Methoden zum Schutz gegen Angriffe von außen

Vorkenntnisse

Grundkenntnisse der Wahrscheinlichkeitstheorie; Grundkenntnisse der Softwareentwicklung sowie Programmiererfahrung.

Lernergebnisse

Nach erfolgreichem Abschluss sind die Studierenden in der Lage, ...
- die Eigenschaften Zuverlässiger Systeme, typische Fehlerursachen und Systemausfallsarten zu benennen sowie die Zuverlässigkeit von einfachen Systemen zu berechnen;
- die Grundkonzepte zum Entwurf zuverlässiger Systeme anhand von konkreten Anwendungsbeispielen zu erklären;
- eine Gefahren- und Risikoanalyse zur Klassifizierung (ASIL-Einstufung gemäß ISO 26262) eines elektronischen Systems durchzuführen;
- die Ausfallsarten der Grundkomponenten einer E/E-Hardware zu benennen und eine quantitative Zuverlässigkeitsanalyse (FMEDA) über die Hardware eines elektronischen Systems durchzuführen;
- Methoden für die Softwareentwicklung Zuverlässiger Systeme zu erklären und anzuwenden;
- die Grundkonzepte zur Sicherstellung der Rückwirkungsfreiheit von Software in Systemen mit heterogenen Sicherheitsanforderungen anhand konkreter Anwendungsbeispiele zu erklären und anzuwenden;
- die grundsätzliche Gefährdung durch einen bewussten Angriff von außen an ein System zu erkennen und Methoden zum Schutz dagegen zu benennen.

Leistungsbeurteilung

LV-Immanente Leistungsbeurteilung

Literatur

Empfehlungen:
- A. Avizienis, J.C. Laprie, B. Randell, C. Landwehr (2004): Basic Concepts and Taxonomy of Dependable and Secure Computing, IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing, Vol. 1, N. 1
- D. P. Bertsekas, J. N. Tsitsiklis (2000):
Introduction to Probability, Athena Scientific
- ISO 26262 1st Ed 2011, Road vehicles – Functional safety
- P. Löw (2012): Funktionale Sicherheit in der Praxis: Anwendungen von DIN EN 61508 und ISO/DIS 26262 bei der Entwicklung von Serienprodukten, dpunkt verlag
- MISRA C-2004, Guidelines for the use of the C language in critical systems
- M. Werdich (2012): FMEA - Einführung und Moderation, Vieweg+Teubner Verlag

Lernunterlagen:
- Studienbriefe

In diesem Modul werden ausgewählte Themen rund um Embedded Systems Technologien und Anwendungen gemäß dem aktuellen Stand der
Wissenschaft sowie der industriellen Praxis behandelt um so Anknüpfungspunkte für das 3.-semestrige Embedded Systems Projekt und die 4.-semestrige Masterarbeit zu schaffen.

Lehrinhalte

- Vorträge, Präsentationen, Workshops etc. aus letztsemestrigen Embedded Systems Projekten (F&E-Aktivitäten, Industrieprojekte) bzw. aktuell in Bearbeitung befindlichen Masterarbeiten durch die 4.-semestrigen Studierenden und deren BetreuerInnen.
- Vorträge, Präsentationen, Workshops etc. zu ausgewählten Themen
- Individuelle Vorbereitung auf das 3.-semestrige Embedded Systems Projekt und die 4.-semestrige Masterarbeit

Vorkenntnisse

n/a

Lernergebnisse

Nach erfolgreichem Abschluss sind die Studierenden in der Lage,...
- über aktuelle Trends der Embedded Systems Technologien und Anwendungen zu berichten;
- themenabhängig Sachverhalte zu erklären und umzusetzen;
- basierend, auf den in dem Modul erworbenen spezifischen Kenntnissen und Fähigkeiten, im 3. Semester das Embedded Systems Projekt zu
beginnen und damit die Basis für die Masterarbeit im 4. Semester zu legen.

Leistungsbeurteilung

LV-Immanente Leistungsbeurteilung

Literatur

Empfehlungen:
- Themenabhängig

Lernunterlagen:
- Optional: Studienbriefe

Die TeilnehmerInnen lernen regelungstechnische Aufgaben zu klassifizieren, geeignete Regelalgorithmen auszuwählen und zeitdiskrete Regler zu entwerfen und zu dimensionieren.

Lehrinhalte

- Dimensionierung und Identifikation von vermaschten Regelungen und
Mehrgrößenregelungen
- Implementierung von digitalen Reglern
- Identifikation von Regelkreise mit instabilen Strecken
- Beschreibung von Systemen im Zustandsraum und Zustandsregler
- Dimensionierung von Beobachtern für bestehende Regelstrecken
- Abschlussprojekt (z.B. Inverses Pendel)

Vorkenntnisse

- Grundlagen der Regelungstechnik
- Matrizenrechnung
- Software-Entwicklung für Embedded Systems

Lernergebnisse

Nach erfolgreichem Abschluss sind die Studierenden in der Lage, ...
- Regelkreise mit komplexer Struktur und Mehrgrößenregelungen zu erklären;
- Konzepte der digitalen Regelung zu beschreiben;
- digitale Regler auf Mikrocontrollerbasis zu implementieren;
- das Übertragungsverhalten komplexer Regelstrecken zu analysieren;
- die entworfenen digitalen Regelkreise zu analysieren und zu testen;
- Embedded Systems für Anwendungen der Steuerungs- und Regelungstechnik zu entwerfen und in die Umgebung zu integrieren.

Leistungsbeurteilung

LV-Immanente Leistungsbeurteilung

Literatur

Empfehlungen:
- S. Zacher, M. Reuter (2011): Regelungstechnik für Ingenieure; Analyse, Simulation und Entwurf von Regelkreisen, Verlag Vieweg
- R. C. Dorf, R. H. Bishop (2008): Modern Control Systems; Pearson Education
- J. Lunze (2008): Regelungstechnik 1, Springer
- J. Lunze (2008): Regelungstechnik 2, Springer

Lernunterlagen:
- Studienbriefe

Studierende lernen mit einem SPICE basierten Tool (z.B. Proteus VSM) analoge und digitale Mikrocontroller Schaltungen inkl. Firmware zu simulieren und zu optimieren.

Lehrinhalte

- Arbeiten mit einem HW/SW Co-Simulationstool (z.B. Proteus VSM)
- Gemischter digitaler und analoger Schaltungsentwurf
- HW/SW Co-Simulation analoger und digitaler Embedded Systeme

Vorkenntnisse

- Grundwissen über Elektronik
- Grundwissen über Schaltungstechnik
- Programmieren von Embedded Systemen in der Sprache C

Lernergebnisse

Nach erfolgreichem Abschluss sind die Studierenden in der Lage,...
- analoge und digitale Schaltungen toolbasiert (z.B. Proteus VSM) zu entwerfen;
- diese Schaltungen und die verwendeten Bauteilmodelle (analog, digital) hinsichtlich ihrer Simulierbarkeit zu optimieren;
- mit Hilfe der Simulation bestimmte Schaltungseigenschaften zu optimieren;
- Simulationsmodelle von Bauteilen zu erstellen bzw. zu verändern.

Leistungsbeurteilung

LV-Immanente Leistungsbeurteilung

Literatur

Empfehlungen:
- B. Beetz (2008): Elektroniksimulation mit PSPICE, Vieweg
- H. Göble (2008): Einführung in die Halbleiterschaltungstechnik, Springer Lehrbuch

Lernunterlagen:
- Studienbriefe

Die Lehrveranstaltung beschäftigt sich mit formalen Verifikationsmethoden für Embedded Systems, konkret mit den beiden Schwerpunkten Model-Checking sowie Statische Code Analyse und Deduktive Verifikation.

Lehrinhalte

- Einführung in formale Methoden zur Verifikation von Software
- Modellierung und Simulation mit Uppaal, Spezifikation von Modell-Eigenschaften unter Verwendung von TCTL, Model-Checking und Analyse mit Uppaal
- Durchführen einer Übungsaufgabe (bspw. Modellierung und Verifikation einer Aufzugssteuerung, Eisenbahnkreuzung, Mutual
Exclusion)
- Einführung in statische Source-Code Analyse (bspw. Value Analyse mit Frama-C/Value)
- Deduktive Verifikation mit Frama-C/WP mittels Annotationen unter Verwendung der ANSI/ISO C Specification Language (ACSL)
- Durchführen einfacher Übungsaufgaben

Vorkenntnisse

- Grundkenntnisse über Logik
- C-Grundkenntnisse
- Grundkenntnisse über Testen von Software

Lernergebnisse

Nach erfolgreichem Abschluss sind die Studierenden in der Lage,...
- einfache Systeme zu modellieren, sowie verschiedenste Eigenschaften (intendierte Funktion, Liveness, Safety etc.) eines Systems mittels einer temporalen Logik zu spezifizieren und mit Hilfe eines Model-Checkers zu
verifizieren;
- verschiedene statische Code-Analysen (Value Analyse, Weakest Precondition Analyse etc.) durchzuführen und die Ergebnisse zu interpretieren;
- ANSI/ISO C Specification Language (ACSL) Annotationen für Funktionen, Blöcke oder Statements zu erstellen und eine deduktive Verifikation für einfache Funktionen durchzuführen.

Leistungsbeurteilung

LV-Immanente Leistungsbeurteilung

Literatur

Empfehlungen:
- St. Kleuker (2009): Formale Modelle der Softwareentwicklung: Model-Checking, Verifikation, Analyse und Simulation, Vieweg+Teubner Verlag
- J. Burghart, J. Gerlach (2015): ACSL by example, Fraunhofer Fokus
- Uppaal Documentation and Tutorials
available from http://www.uppaal.org/
- Frama-C and ACSL Documentation and Tutorials
available from http://frama-c.com/

Lernunterlagen:
- Studienbriefe

• Die Lehrveranstaltung beschäftigt sich mit Entwurfs- und
  Verifikationsmethoden für Embedded Systems.


• Die Lehrveranstaltung ist organisatorisch in zwei Teile gesplittet:




1. Design-Methoden für Embedded Systems


2. Verifikationsmethoden für Embedded Systems mit Fokus auf formale Methoden
   (Model-Checking, Deduktive Verifikation mittels statischer Code-Analyse)

Lehrinhalte

Formale Methoden zur Verifikation

Model-Checking

• Methoden, Konzepte und Werkzeuge zur formalen Verifikation


• Temporale Logiken (LTL, CTL, CTL*)


• Modellierung und Simulation mit Uppaal


• Spezifikation von Modell-Eigenschaften unter Verwendung einer temporalen
  Logik


• Model-Checking und Analyse

Statische Code Analyse

• Einführung in statische Source-Code Analyse Techniken


• Value Analyse mit Frama-C/Value


• ANSI/ISO C Specification Language (ACSL)


• Weakest Precondition Analyse mit Frama-C/WP


• Fallbeispiele

Vorkenntnisse

• Logik


• C Programmieren - Grundkenntnisse


• Grundkenntnisse im Umgang mit Unix/Linux
  

Lernergebnisse

AbsolventInnen der Lehrveranstaltung kennen/wissen

• verschiedene Methoden, Konzepte und Werkzeuge zur formalen Verifikation von
  Software


• einige temporale Logiken und deren Unterschiede


• die grundlegende Syntax von ACSL

AbsolventInnen der Lehrveranstaltung sind in der Lage

• einfache Systeme zu modellieren


• verschiedenste Eigenschaften (funktionale, liveness, safety, etc.) zu
  spezifizieren und mit Hilfe von Uppaal zu verifizieren


• verschiedene statische Code-Analysen durchzuführen und die Ergebnisse zu
  interpretieren


• ACSL Annotationen für Funktionen, Blöcke oder Statements zu erstellen


• eine deduktive Verifikation für einfache Funktionen durchzuführen

Leistungsbeurteilung

• schriftliche Prüfung


• Abgabe und Bewertung von kleineren Aufgaben und Ausarbeitungen im Rahmen der
  Lehrveranstaltung

Literatur

• Studienbriefe


• Uppaal Tutorial und ausgewählte
  wissenschaftliche Publikationen


• Frama-C und ACSL Dokumentation
  


• J. Burghart, J. Gerlach,
  ACSL by example, Fraunhofer Fokus, V10.1.1

Die Lehrveranstaltung vermittelt profunde Kenntnisse über Entwurf, Verifikation und Test von System-on-Chips samt einem Überblick über aktuelle Anwendungen und Optionen für die Realisierung von (Multi-core) System-on-
Chip-Architekturen, mit Schwerpunkt auf programmierbare System-on-Chips.

Lehrinhalte

- Einführung und Motivation für den System-on-Chip-Entwurf
- System-on-Chip-Entwurfsablauf unter Verwendung von Prinzipien wie Design Reuse, Hardware/Software Co-Design oder Hardware/Software Co-Verifikation
- Multi-core System-on-Chips
- Interne Kommunikationsstrukturen von System-on-Chips (On-chip Bussysteme, Network-on-Chips)
- Optionen zur Realisierung von System-on-Chip-Architekturen unter Berücksichtigung des Entwurfsraums
- Ressourcen zeitgemäßer FPGA-Bausteine zur Realisierung von Programmable System-on-Chips
- Abschlussprojekt (Tools, Entwurf, Implementierung, Verifikation und Bring-up von Hardware- und Softwareteilen eines einfachen
System-on-Chip)

Vorkenntnisse

- Detaillierte Kenntnisse zur Beschreibung von digitalen Systemen mit VHDL (und überblicksmäßig mit Verilog) sowie der Modellierung komplexer integrierter Systeme mit SystemC
- Detaillierte Kenntnisse zur Verifikation digitaler Schaltungen und Systeme mittels VHDL, PSL, SystemC, ... unter Verwendung eines industriellen Digitalsimulators
- Detaillierte Kenntnisse über Technologien, Fertigung und den Entwurfsablauf von integrierten Schaltungen (PLDs, Standard-Zellen-basierte ASICs, ...) und speziell profunde Kenntnisse in der Bedienung von industriellen FPGA-Tools

Lernergebnisse

Nach erfolgreichem Abschluss sind die Studierenden in der Lage, ...
- den Begriff „System-on-Chip“ zu definieren sowie Grundkomponenten und Anwendungen von System-on-Chips zu nennen;
- grundlegende Entwurfsschritte eines System-on-Chip unter Verwendung von Prinzipien wie Design Reuse, Hardware/Software Co-Design und Hardware/Software Co-Verifikation zu erklären;
- Optionen für die Realisierung von (Multi-core) System-on-Chip-Architekturen unter Einbeziehung des Entwurfsraums (Hardware/Software Trade-Off) und interner Kommunikationsmechanismen (On-Chip
Bussysteme, Network-on-Chip)gegenüberzustellen;
- Ressourcen zeitgemäßer FPGA-Bausteine zur Realisierung eines „Programmable System-on-Chip“ zu benennen;
- ausgewählte Tools für Entwurf, Verifikation und Test eines „Programmable System-on-Chip“ zu bedienen und damit ein Basissystem, bestehend aus einem oder mehreren Rechenkernen, verschiedenen Arten von Speichertechnologien und Peripherieelementen zu entwickeln;
- die Herausforderungen bei der Entwicklung heutiger und zukünftiger System-on-Chips zu benennen;

Leistungsbeurteilung

LV-Immanente Leistungsbeurteilung

Literatur

Empfehlungen:
- H. Chang, L. R. Cooke, M. Hunt, G. Martin (1999): Surviving the SOC Revolution, Springer
- A. Jerraya, W. Wolf (2004): Multiprocessor Systems-on-Chips, Morgan Kaufmann
- P. Rashinkar (2002): System-on-a-Chip Verification: Methodology And Techniques, Springer
- P. Schaumont (2010): A Practical
Introduction to Hardware/Software
Codesign, Springer

Lernunterlagen:
- Studienbriefe

Dieses Modul behandelt Architekturaspekte von verteilten Echtzeitsystemen für sicherheitskritische und nicht-sicherheitskritische Anwendungen.

Lehrinhalte

- Was ist eine (Technische) Systemarchitektur?
- Verteilte Architekturen für Echtzeitsysteme
- Ereignissteuerung vs. Zeitsteuerung
- Zeit und Ordnung
- Modellierung von Echtzeitsystemen
- Architekturen von
Kommunikations(sub)systemen
- Fallstudie: FlexRay
- Fallstudie: AUTOSAR
- Workshop: Entwurf einer verteilten Echtzeitapplikation
- Überblick über die Parameter und deren Anwendung zur Planung eines FlexRay Zyklus
- Designschritte für die Konfiguration eines verteilten Systems
- Fehlerquellen in einem verteilten System
- Redundanzmechanismen zur Fehlerdetektion und Fehlerbehebung

Vorkenntnisse

Fundierte Kenntnisse über Computerarchitektur, speziell Embedded Computing Systems, Multitasking-Betriebssysteme, Echtzeit-Betriebssysteme und Parallelverarbeitung.

Lernergebnisse

Nach erfolgreichem Abschluss sind die Studierenden in der Lage, ...
- Echtzeitanforderungen zu charakterisieren und in der Systemspezifikation zu berücksichtigen;
- die Systemarchitektur einer verteilten (Echtzeit-) Anwendung zu erstellen;
- abhängig von Systemrahmenbedingungen („Best Effort“ vs. „Guaranteed Response“) die geeignete Architektur des
Kommunikations(sub)systems auszuwählen;
- für ein verteiltes (Echtzeit-) System die passende Uhrensynchronisation zu
implementieren;
- das Verhalten von (Echtzeit-) Objekten (z.B. Sensordaten) im Werte- und im Zeitbereich korrekt zu modellieren;
- die Grundkonzepte von AUTOSAR zu erklären;
- die zeitlichen Abhängigkeiten zwischen Nachrichten und Tasks in einem verteilten System zu beschreiben;
- einen FlexRay Systemzyklus und einen Betriebssystemzyklus für die einzelnen Knoten eines verteilten Systems zu planen.

Leistungsbeurteilung

LV-Immanente Leistungsbeurteilung

Literatur

Empfehlungen:
- H. Kopetz (2011): Real-Time Systems: Design Principles for Distributed Embedded Applications, Springer
- R. Obermaisser (2005): Event-Triggered and Time-Triggered Control Paradigms, Springer
- M. Rausch (2008): FlexRay – Grundlagen, Funktionsweise, Anwendung, Hanser

Lernunterlagen:
- Studienbriefe

Studierende arbeiten individuell oder in Kleingruppen an Projekten mit Bezug zu Embedded Systems Technologien und Anwendungen im Kontext hochschulischer F&E-Aktivitäten oder im Rahmen ihrer individuellen Berufstätigkeit. Diese Projekte stellen i.A. die praxisrelevante Basis für die
Masterarbeiten dar.

Lehrinhalte

Projektdurchführung

Vorkenntnisse

Projektabhängig

Lernergebnisse

Nach erfolgreichem Abschluss sind die Studierenden in der Lage, ...
- komplexere Projekte (ca. 3 Personenmonate) im Bereich der Embedded Systems Technologien und Anwendungen praktisch umzusetzen.

Leistungsbeurteilung

Projektfortschritt, Funktionsnachweis, Projektpräsentation

Literatur

Empfehlungen:
- Projektabhängig

Lernunterlagen:
- Projektabhängig

Die Lehrveranstaltung vermittelt den Studierenden grundsätzliche Prinzipien der Führung von Teams.

Lehrinhalte

- Führungsstile und -handlungen (bei der Führung von Projektteams)
- Führungsinstrumente in Projektteams
- Konsequenzen des „Nicht-Führens“
- Rollenkonflikte "Kollege/Kollegin" und "Projektleiter/in"
- Konflikte und schwierige Situationen in der Führung von Projektteams

Vorkenntnisse

Keine

Lernergebnisse

Nach erfolgreichem Abschluss sind die Studierenden in der Lage, ...
- die Rolle der Führung in den unterschiedlichen Phasen der Teamentwicklung (z.B. nach Tuckman) zu erläutern und relevante
Führungshandlungen (z.B. direktive Führung in der Forming-Phase) abzuleiten;
- Dynamiken in Projektteams anhand von Modellen (z.B. Rangdynamik, Dramadreieck, TZI) zu diagnostizieren und konkrete Handlungsmöglichkeiten (z.B. Delegation von Verantwortung, Kritikgespräch) fallbezogen zu entwickeln und zu begründen.

Leistungsbeurteilung

Ausarbeitung einer Fallstudie

Literatur

Empfehlungen:
- W. Cronenbroeck (2008): Projektmanagement, Verlag Cornelsen
- T. DeMarco (1998): Der Termin – Ein Roman über Projektmanagement, Hanser
- H. Kellner (2000): Projekte konfliktfrei führen.
Wie Sie ein erfolgreiches Team aufbauen, Hanser
- Ch. Majer, L. Stabauer (2010): Social competence im Projektmanagement -
Projektteams führen, entwickeln, motivieren, Goldegg-Verlag

Lernunterlagen:
- Studienbriefe

Die Lehrveranstaltung vermittelt die zielorientierte Bereitstellung und systematische Anwendung von grundlegenden Prinzipien, Konzepten, Methoden und Werkzeugen des Projekt-, Qualitäts- und Prozessmanagements
für die arbeitsteilige, ingenieurmäßige Entwicklung und Anwendung von Embedded Software ("Software Engineering").

Lehrinhalte

- Grundlagen Software Engineering
- Vorgehensmodelle, Software Lifecycle
- Requirements Management, Nachverfolgbarkeit
- Testmanagement
- Konfigurationsmanagement, Application Lifecycle Management
- Problem- und Änderungsmanagement

Vorkenntnisse

- Grundlagenwissen zu Projektmanagement
- Grundlagenwissen zu (Embedded) Softwareentwicklung (Design, Programmierung, Test)

Lernergebnisse

Nach erfolgreichem Abschluss sind die Studierenden in der Lage, ...
- grundlegende Prinzipien, Verfahren, Konzepte und Methoden zu relevanten Software Engineering Disziplinen (wie z.B. Projekt-, Qualitäts-, Konfigurations-, Änderungsmanagement, Requirements
Engineering und Test) zu erklären und zu interpretieren;
- adäquate SW-Vorgehensmodelle (wie z.B. V-Modell, SCRUM) für konkrete
Anwendungsgebiete auszuwählen, Prozessabläufe unter Berücksichtigung
allgemeiner Rahmenbedingungen anzupassen (Prozess-Tailoring, Referenzmodell) und daraus projektspezifische Abläufe, Aktivitäten, Ergebnisse, Rollen, usw. begründet zusammenzustellen (Projekt-Tailoring,
Projektstruktur);
- für spezifische Anwendungsfälle in der Embedded Softwareentwicklung geeignete Software Engineering Methoden und Werkzeuge (z.B. im Requirements-, Änderungs- bzw. Testmanagement) zu identifizieren, evaluieren und bewerten sowie auszuwählen und adäquate Lösungen vorzuschlagen.

Leistungsbeurteilung

LV-Immanente Leistungsbeurteilung

Literatur

Empfehlungen:
- H. Balzert (1999): Lehrbuch Grundlagen der
Informatik, Spektrum Akademischer Verlag
- H. Balzert (2009): Lehrbuch der Softwaretechnik: Basiskonzepte und
Requirements Engineering, Spektrum Akademischer Verlag
- J. Schäuffele, T. Zurawka (2010): Automotive Software Engineering, Vieweg+Teubner
- T. Reiß (2014): Ein Referenzmodell für die Serienentwicklung mechatronischer Systeme in der Automobilindustrie, Cuvillier Verlag
- M. Eigner, F. Gerhardt, T. Gilz, F. Mogo Nem (2012): Informationstechnologie für Ingenieure, Springer

Lernunterlagen:
- Studienbriefe

Gutes Qualitätsmanagement ist ein unverzichtbarer Bestandteil der Entwicklung von Hardware- und Softwaresystemen. Embedded Systems werden oft im sicherheitsrelevanten Umfeld benutzt (Transport, Medizin, Kommunikation, Energieerzeugung,...), wo Qualitätsmanagement alleine nicht ausreichend ist, sondern außerdem Safety Engineering und Safety Management gefordert ist. Diese Vorlesung wird zuerst auf Qualitätsmanagement eingehen und danach eine Fokus auf Safety Engineering und Management legen.

Lehrinhalte

- Quality Management, Terms and Standards, ISO 9000 Series
- Software Quality Management
- Safety Management
- Safety Lifecycle
- Safety Engineering Methods (Fault Trees, Safety Cases)
- Grundlagen von IEC 61508, ISO 26262

Vorkenntnisse

- Grundlagen der Wahrscheinlichkeitsrechnung
- Grundbegriffe der Dependability Theory
- Grundlagen zur Entwicklung von (Embedded) Systems

Lernergebnisse

Nach erfolgreichem Abschluss sind die Studierenden in der Lage, ...
- die Grundlagen des Qualitätsmanagements laut
ISO 9000 Serie wiederzugeben;
- eine qualitative Risikoanalyse in einem geplanten sicherheitskritischen System durchzuführen;
- eine adäquate Vorgehensweise zur Entwicklung eines gegebenen
sicherheitskritischen Systems vorzuschlagen und zu planen.

Leistungsbeurteilung

LV-Immanente Leistungsbeurteilung

Literatur

Empfehlungen:
- T. Pfeifer, R. Schmitt (2010): Qualitätsmanagement: Strategien, Methoden,
Techniken, Carl Hanser Verlag
- P. Löw, R. Pabst, E. Petry (2010): Funktionale Sicherheit in der Praxis: Anwendung von
DIN EN 61508 und ISO 26262 bei der Entwicklung von Serienprodukten, d-punkt Verlag
- Diverse Normen und Standards (ISO 9000 Familie, IEC 61508, ISO 26262,...)

Lernunterlagen:
- Studienbriefe

Das begleitende Seminar für Studierende parallel zur Ausarbeitung ihrer Masterarbeit dient (i) dem Austausch zwischen DiplomandInnen und ihren BetreuerInnen, die im selben Umfeld arbeiten und (ii) als Plattform für Informationen an 2.-semestrige Studierende in deren
Vorbereitung auf das 3.-semestrige Projekt und die 4.-semestrige Masterarbeit (siehe auch M25
Ausgewählte Kapitel aus Embedded Systems)

Lehrinhalte

n/a

Vorkenntnisse

n/a

Lernergebnisse

(Nach erfolgreichem Abschluss sind die Studierenden in der Lage,...)
n/a

Leistungsbeurteilung

Präsentation über das 3.-semestrigen Embedded Systems Projekts und die 4.-semestrige Masterarbeit inkl. Qualität der Selbstevaluierung durch die Feedbacks der 2.-semestrigen Studierenden.

Literatur

n/a

Ausarbeitung der Masterarbeit

Lehrinhalte

n/a

Vorkenntnisse

n/a

Lernergebnisse

Nach erfolgreichem Abschluss sind die Studierenden in der Lage, ...
- eigenständig Problemstellungen zu bearbeiten, kreative Lösungsansätze zu erarbeiten sowie bei der Problemlösung projektmäßig vorzugehen;
- wissenschaftlich-systematische Methoden in der Analyse bzw. bei der Lösungsfindung anzuwenden;
- den relevanten Stand der Technik und der Wissenschaft sowie den Stand der industriellen Praxis zu recherchieren und darzustellen, zu reflektieren und bei der Problemlösung zu berücksichtigen;
- eine wissenschaftliche Arbeit mit passender Struktur und Form, in klarer Sprache sowie mit relevanten Referenzen bzw. Zitaten zu verfassen.

Leistungsbeurteilung

Approbation der Masterarbeit

Literatur

n/a