7.12.2005

Software-Engineering IIEingebettete Systeme, Softwarequalität, Projektmanagement

Prof. Dr. Holger SchlingloffInstitut für Informatik der Humboldt Universität

und

Fraunhofer Institut für Rechnerarchitektur und Softwaretechnik

Folie 2H. Schlingloff, Software-Engineering II 7.12.2005

Hinweis

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

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Beispiel Wasserstandsregelung

•Hausaufgabe wurde aktualisiert!

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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

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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.

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Eingebettete Systeme: Aufbau

Applikationsschicht

SteuerungsalgorithmusBenutzungsschnittstelle

Realzeit-Betriebssystemoder Middleware

Hardware

ProzessankopplungNetzverbindungSensorik,

Aktuatorik

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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

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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

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• 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, SelbstdiagnoseProgrammierung 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)

Beispiel SPS

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SPS - Grundsätzlicher Aufbau

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

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SPS - Programmierung

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Beispiel: SPS-Simulator TrySim

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Reaktionszeiten

• maximale Reaktionszeit setzt sich zusammen aus1. Hardwareverzögerung an den Eingängen2. Abfragezeit an den Eingängen3. Systemverwaltungszeit4. Signalverarbeitungszeit5. Hardwareverzögerung an den Ausgängen