Bezeichnung |
Sprache |
Lehrform |
ECTS
SWS |
Modul 11 Embedded Software (MOD11)
German /
iMod
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Deutsch |
iMod |
6.00
- |
Embedded Software (ESW)
German /
UE, FL
|
Deutsch |
UE, FL |
6.00
4.00 |
Kurzbeschreibung
Diese Lehrveranstaltung behandelt wesentliche Aspekte von Real-Time Operating Systems (RTOS). Ein weiterer Fokus liegt auf den Grundlagen von Embedded Multicore-Systems (MCS). In Rahmen mehrerer Projekte und Aufgaben wird hardwarenahe Programmierung von Mikrocontrollersystemen, RTOS und MCS, perfektioniert.
Lernergebnisse
Nach erfolgreichem Abschluss sind die Studierenden in der Lage, ...
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die Gemeinsamkeiten und die Unterschiede von General Purpose Operating System (GPOS) und Real Time Operating System (RTOS) zu erklären
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die passenden RTOS-Services, Task-Modelle, Scheduling-Methoden und Entwurfsmuster für eingebettete Software-Applikationen auszuwählen
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Debuggingstrategien für Embedded Real-Time Betriebsysteme anwenden zu können
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die passenden Grundlagen und Begriffe zu dem Thema Embedded Multicore-Systeme zu erklären
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Entwurfsmuster zu dem Thema Embedded Multicore-Systeme entwerfen und umsetzen zu können
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mit den Entwicklungswerkzeugen und dessen Features Debuggingstrategien anwenden zu können
Lehrinhalte
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GPOS vs. RTOS, RTOS Charakteristika
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Tasks und Scheduling in RTOS
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Intertask Communication und Synchronization
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Ausnahmeverarbeitung (Exceptions, Interrupts)
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Timer und Timer Services
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Task-Modelle, zyklusbasiertes Scheduling
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Embedded Multicore System Charakteristika
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Intercore Kommunikation und Synchronization
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Schutz von kritischen Ressourcen zur Kommunikation mit Sensoren
Vorkenntnisse
Grundkenntnisse über Computerarchitektur, Betriebssysteme, Parallelverarbeitung und systemnahen Software-Entwurf in C
Literatur
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Q. Li (2003): Real-Time Concepts for Embedded Systems, CMP Books
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P. Koopman (2010): Better Embedded System Software, Drumnadrochit Education
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T. Noergaard (2012): Embedded Systems Architecture: A Comprehensive Guide for Engineers and Programmers, Newnes
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K. Yaghmour, J. Masters, Gilad Ben-Yossef, P. Gerum (2008): Building Embedded Linux Systems, O'Reilly
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B. Moyer (2013): Real World Multicore Embedded Systems
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I. Foster (2003): Designing and Building Parallel Programs
Leistungsbeurteilung
-
LV-Immanente Leistungsbeurteilung
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Modul 12 Chip Design (MOD12)
German /
iMod
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Deutsch |
iMod |
6.00
- |
Chip Design (CHD)
German /
UE, FL
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Deutsch |
UE, FL |
6.00
4.00 |
Kurzbeschreibung
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.
Lernergebnisse
Nach erfolgreichem Abschluss sind die Studierenden in der Lage, ...
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die grundlegenden Konzepte einer Modellierungssprache für komplexe integrierte Schaltungen, wie SystemC, umzusetzen;
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Verifikationssprachen für digitale integrierte Schaltungen (PSL, SystemC, SystemVerilog, ...) anzuwenden;
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aus heutzutage verfügbaren Technologien für integrierte Schaltungen, die für einen bestimmten Anwendungsfall geeignetste Technologie, unter wirtschaftlichen Rahmenbedingungen, auszuwählen;
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die grundlegenden Schritte zur Entwicklung und Fertigung eines Standard-Zellen-basierten ASICs, wie Logiksynthese, Backend Design, Fabrication,Fertigungstest etc. zu erklären;
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ausgewählte Tools für den Entwurf von digitalen integrierten Schaltungen zu bedienen;
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die Herausforderung beim Entwurf zukünftiger integrierter Schaltungen zu benennen.
Lehrinhalte
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Terminologie und Basics von anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs)
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Modellierung komplexer ASIC-Designs mit SystemC
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Verifikation digitaler ASIC-Designs mit Verifikationssprachen wie PSL, SystemC, SystemVerilog, ...
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Optionen für den Entwurf von ASICs und Prozesstechnologien
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Entwurfsablauf von Standard-Zellen-basierten ASICs (Logiksynthese, Backend Design, Fertigungstest, ...)
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Fertigung von ASICs
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Wirtschaftliche Hintergründe bei der Entwicklung von ASICs
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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
Literatur
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Empfehlungen:
-
D. C. Black, J. Donovan, B. Bunton, A. Keist (2010): SystemC: From the Ground Up, Springer, Second Edition
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C. Eisner, D. Fisman (2006): A Practical Introduction to PSL, Springer
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H. Kaeslin (2014): Top-Down Digital VLSIDesign, Morgan Kaufmann
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M. J. S. Smith (1997): Application-Specific Integrated Circuits, Addison Wesley (content of the book freely available over the internet) Lernunterlagen:
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Studienbriefe
Leistungsbeurteilung
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LV-Immanente Leistungsbeurteilung
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Modul 13 Zuverlässige Systeme (MOD13)
German /
iMod
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Deutsch |
iMod |
6.00
- |
Zuverlässige Systeme (ZVS)
German /
UE, FL
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Deutsch |
UE, FL |
6.00
4.00 |
Kurzbeschreibung
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.
Lernergebnisse
Nach erfolgreichem Abschluss sind die Studierenden in der Lage, ...
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die Eigenschaften Zuverlässiger Systeme, typische Fehlerursachen und Systemausfallsarten zu benennen sowie die Zuverlässigkeit von einfachen Systemen zu berechnen;
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die Grundkonzepte zum Entwurf zuverlässiger Systeme anhand von konkreten Anwendungsbeispielen zu erklären;
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eine Gefahren- und Risikoanalyse zur Klassifizierung (ASIL-Einstufung gemäß ISO 26262) eines elektronischen Systems durchzuführen;
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die Ausfallsarten der Grundkomponenten einer E/E-Hardware zu benennen und eine quantitative Zuverlässigkeitsanalyse (FMEDA) über die Hardware eines elektronischen Systems durchzuführen;
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Methoden für die Softwareentwicklung Zuverlässiger Systeme zu erklären und anzuwenden;
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die Grundkonzepte zur Sicherstellung der Rückwirkungsfreiheit von Software in Systemen mit heterogenen Sicherheitsanforderungen anhand konkreter Anwendungsbeispiele zu erklären und anzuwenden;
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die grundsätzliche Gefährdung durch einen bewussten Angriff von außen an ein System zu erkennen und Methoden zum Schutz dagegen zu benennen.
Lehrinhalte
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Dependable Systems Einführung (Definition, Eigenschaften, Fehlerursachen und Systemausfallsarten)
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Berechnung der Zuverlässigkeit von Systemen (inkl. Auffrischung relevanter Teile aus der Wahrscheinlichkeitsrechnung)
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Grundkonzepte für zuverlässige Systeme (Fehlertoleranz ...)
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Gefahren- und Risikoanalyse (ASIL-Einstufung gemäß ISO 26262)
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Systementwurf zuverlässiger Systeme inkl. Beispiele (fail safe vs. fail operational systems etc.)
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E/E-Hardware Zuverlässigkeit (Ausfallsraten der Grundkomponenten)
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Quantitative Zuverlässigkeitsanalyse (FMEDA)
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Softwareentwurf und Implementierung zuverlässige Systeme
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Rückwirkungsfreiheit von Software in Systemen mit heterogenen Sicherheitsanforderungen
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Definition, Eigenschaften, Angriffsarten (Beispiele)
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Ausgewählte Methoden zum Schutz gegen Angriffe von außen
Vorkenntnisse
Grundkenntnisse der Wahrscheinlichkeitstheorie; Grundkenntnisse der Softwareentwicklung sowie Programmiererfahrung.
Literatur
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Empfehlungen:
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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
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D. P. Bertsekas, J. N. Tsitsiklis (2000): Introduction to Probability, Athena Scientific
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ISO 26262 1st Ed 2011, Road vehicles – Functional safety
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P. Löw (2012): Funktionale Sicherheit in der Praxis: Anwendungen von DIN EN 61508 und ISO/DIS 26262 bei der Entwicklung von Serienprodukten, dpunkt verlag
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MISRA C-2004, Guidelines for the use of the C language in critical systems
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M. Werdich (2012): FMEA - Einführung und Moderation, Vieweg+Teubner Verlag Lernunterlagen:
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Studienbriefe
Leistungsbeurteilung
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LV-Immanente Leistungsbeurteilung
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Modul 14 Grundlagen der Regelungstechnik (MOD14)
German /
iMod
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Deutsch |
iMod |
6.00
- |
Grundlagen der Regelungstechnik (GDR)
German /
UE, FL
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Deutsch |
UE, FL |
6.00
4.00 |
Kurzbeschreibung
Die TeilnehmerInnen lernen regelungstechnische Aufgabe zu klassifizieren, geeignete Regelalgorithmen auszuwählen und einfache analoge Regler zu entwerfen, zu dimensionieren und zu testen.
Lernergebnisse
Nach erfolgreichem Abschluss sind die Studierenden in der Lage, ...
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die unterschiedlichen Typen von Regelkreisgliedern zu charakterisieren;
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die Regelkreisglieder im Zeit-, Frequenz-, und Bildbereich zu beschreiben;
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eine analoge Regeleinrichtung auszuwählen und zu dimensionieren;
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die entworfenen analogen Regelkreise zu analysieren und zu testen.
Lehrinhalte
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Lineare zeitinvariante Systeme
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Systembeschreibung mit Differentialgleichungen
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Systembeschreibung im Zeit- , Frequenz- , Bildbereich
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Identifikation und Analyse von Regelstrecken
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Dimensionierung von Reglern (P, PI, PID, PIDT1, ...)
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Analoge Implemtierung von Reglern
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Anwendung von Reglerentwurfsverfahren
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Analyse, Entwurf und Beschreibung von Wurzelortskurve
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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)
Literatur
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Empfehlungen:
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S. Zacher, M. Reuter (2011): Regelungstechnik für Ingenieure; Analyse, Simulation und Entwurf von Regelkreisen, Verlag Vieweg
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R. C. Dorf, R. H. Bishop (2008): Modern Control Systems; Pearson Education Lernunterlagen:
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Studienbriefe
Leistungsbeurteilung
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LV-Immanente Leistungsbeurteilung
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Modul 15 Ausgewählte Kapitel aus Embedded Systems (MOD15)
German /
iMod
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Deutsch |
iMod |
6.00
- |
Ausgewählte Kapitel aus Embedded Systems (AET)
German /
SE, FL
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Deutsch |
SE, FL |
6.00
4.00 |
Kurzbeschreibung
Dieses Modul setzt sich aus einer Serie von kompakten Kursen in ausgewählten Bereichen der Embedded Systems Technologien zusammen, um primär für die entsprechende Thematik zu sensibilisieren sowie Einstiegs- bzw. Überblickskenntnisse zu vermitteln um so die erforderlichen Vorkenntnisse für andere Module zu realisieren.
Lernergebnisse
Nach erfolgreichem Abschluss sind die Studierenden in der Lage, ...
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sich selbständig in der Thematik des jeweiligen Kurses zu vertiefen;
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die geforderten Vorkenntnisse relevanter Lehrveranstaltungen zu erfüllen.
Lehrinhalte
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Ausgewählte Kapitel, bspw.:
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Einführung in GIT
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Einführung in JAVA
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Embedded Security
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Testen von Embedded Software
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...
Vorkenntnisse
keine
Literatur
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Empfehlungen:
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Kursabhängig Lernunterlagen:
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Studienbriefe
Leistungsbeurteilung
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Kursabhängig, i.A. LV-Immanente Leistungsbeurteilung
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