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Embedded Systems

Date post: 24-Feb-2016
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Embedded Systems. Universität zu Köln Prof. Dr. Manfred Thaller. Medien zwischen Technologie und Gesellschaft Maximilian Berndt WS 12/13 . Überblick. Grundlagen: Was sind eingebettete Systeme? Software Entwicklungsprozess Anforderungen an das System - PowerPoint PPT Presentation
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EMBEDDED SYSTEMS Medien zwischen Technologie und Gesellschaft Maximilian Berndt WS 12/13 Universität zu Köln Prof. Dr. Manfred
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Page 1: Embedded Systems

EMBEDDED SYSTEMS

Medien zwischen Technologie und Gesellschaft Maximilian Berndt WS 12/13

Universität zu KölnProf. Dr. Manfred Thaller

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Überblick1) Grundlagen: Was sind eingebettete

Systeme?2) Software3) Entwicklungsprozess4) Anforderungen an das System5) Embedded Systems in der Medizin

Beispiele6) Quellen

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1. Was sind eingebettete Systeme?

„Unter eingebetteten Systemen versteht man Hard- und Softwaresysteme, die eingebettet in umgebende technische Systeme komplexe Steuerungs-, Regelungs- und Datenverarbeitungsaufgaben übernehmen“ Prinzip der Miniaturisierung

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1. Beispiele für Embedded SystemsEingebettete Systeme sind in viele Alltagsgegenstände integriert Waschmaschinen Fernseher Mobiltelefone Computerperipherie (Tastatur, Maus,

Drucker oder Monitor) Kraftfahrzeugen (versch. Steuergeräte für

Airbag, ABS, Motor usw.)

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1. Was sind eingebettete Systeme? Softwaregesteuerte Mikrocomputer (auf eine Aufgabe

fixiert) Bsp.: Auto Diese Mikrocomputer unterscheiden sich grundlegend

von normalen PCs sind in das Auto eingebettet, also für den Nutzer nicht als separates Element erkennbar

bilden mit ihren Sensoren, Antrieben und den mechanischen Teilen ein System mit genau definierter Funktionalität Bsp.: Regensensor; misst die Niederschlagsstärke über

Sensoren und berechnet dann die auszuführende Aktion bzw. Geschwindigkeit des Scheibenwischers

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1. Was sind eingebettete Systeme?

CPU

Externer Speicher

(RAM, Flash)

A/D - Wandl

erD/A - Wandl

erGPIO -

Controller Watchdog

Interner Speicher

(RAM, Flash)

TimerNetzwerk

– Controlle

r (z.B. CAN)

LanAktoren (digital)

Sensoren (digital)

Sensoren (analog)

Aktoren (analog)

MCU

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1. Was sind eingebettete Systeme?

„Je kleiner solche Komponenten werden, desto größer ist deren Flexibilität und Mobilität bei sinkenden Kosten, so dass mehr Objekte in einem Gesamtsystem zum Einsatz kommen können und diese mit intelligenter Sensorik und Rechenleistung ausgestattet werden können“

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1. Was sind eingebettete Systeme?

PC = Datengetrieben

Bearbeitungsdauer von Hardware, Datenmenge und Benutzer abhängig

Eingebettetes System = Programmgetrieben

zyklische Aktivierung Bearbeitungsdauer

bei Echtzeitsystemen festgelegt

PC Embedded–System

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Steuerdaten

Berechnung und

AufbereitungSensordat

en

Zyklische Aktivierung

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2. Software

PC-Anwendungen werden auf betriebssystemkompatiblen Editoren innerhalb der Zielarchitektur geschrieben

Anwendungen werden nicht innerhalb des Zielbetriebssystems geschrieben

System besitzt andere Architektur als der PC

PC Embedded–System

Notwendigkeit eines Cross-Compilers

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2. Software Cross – Compiler: schlagen Brücke

zwischen PC und Zielarchitektur des eingebetteten Systems

Erzeugter Maschinencode ist nicht auf PCs lauffähig, sondern muss für Testzwecke von Simulatoren umgewandelt werden

Oder Test am Zielprozessor selbst

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3. Entwicklungsprozesse

Implementierung

Design

Architektur

Anforderungsanalyse

Modultest

Integrationstest

Anforderungstest

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4. Anforderungen: Qualitätskriterien

Sicherheit Zuverlässigkeit Robustheit Testbarkeit Vor allem bei langfristigen Projekten wichtig

Oft hängen viel Geld und/oder Menschenleben an eingebetteten Systemen

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4. Anforderungen: Sicherheit! Unterscheidung in Safety und Security

Security: Das System wird nicht durch die Umgebung gefährdet (Zugriffssicherheit)

Safety: Das System stellt keine Gefahr für die Umgebung dar

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4. Safety

Gefahren, die vom System ausgehen könnten, müssen abgeschätzt werden

Erstellung von Szenarien, in denen das System genutzt werden wird

Tests, Tests und noch mehr Tests

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4. Anforderungen: Dokumentation Systeme werden oft über Jahre genutzt Ständige Weiterentwicklung, Anpassung

u. Funktionserweiterung Um Kosten gering zu halten, ist gute Dokumentation notwendig

Bei Änderungen kann auf diese zurückgegriffen werden

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5. Anwendungen in der Medizin

Prinzip der Miniaturisierung!

Prozess zur Verkleinerung von Strukturen unter Beibehaltung der Funktion

Beispiele: Hörgeräte, Endoskope, Biosensoren, Herzschrittmacher, „schlaues Pflaster“

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5. Anwendungen in der Medizin Bekannteste Nutzung:

Herzschrittmacher! Extrem hohe Sicherheit muss

gewährleistet sein

Schwierigkeit: Einhaltung strenger internationaler Sicherheitsstandards

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5a. Beispiel I

Herzschrittmacher sind an Elektroden angeschlossen, die gleichzeitig sowohl zur Wahrnehmung der Herzfunktion als auch zur Stimulation dienen

Wird innerhalb einer einstellbaren Zeitdauer kein Herzschlag detektiert (Sensoren), folgt eine Stimulation mit einem elektrischen Impuls (Aktoren)

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5b. Beispiel II

Biosensor für Diabetiker: Biosensor befindet sich am Körper des

Patienten; kann den Glukosespiegel kontinuierlich auch in Schweiß oder Augenflüssigkeit messen

Über eine Wireless-Schnittstelle sendet der Biosensor die Daten an ein mobiles Empfangsgerät Patient hat seinen Glukosespiegel ständig im Auge

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5c. Beispiel III: „schlaues Pflaster“

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5d. Beispiel IV: abbaubare Implantate

Abbaubare Implantate und Elektrogeräte: Forscher implantierten Ratten einen kleinen Thermoregler durch lokale Erhöhung der Temperatur kann eine bakterielle

Wundinfektionen verhindert oder bekämpft werden Die Körpertemperatur an der vorgesehenen Stelle stieg um fünf

Grad an

Implantat war nach 15 Tagen durch Kontakt mit Körperflüssigkeit fast vollständig verschwunden

kritischer Zeitraum, der nach einer Operation nötig ist, um eine Wunde keimfrei zu halten

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Quellen Eißenlöffel, Thomas: Embedded-Software entwickeln. Grundlagen

der Programmierung eingebetteter Systeme – Eine Einführung für Anwendungsentwickler. Heidelberg 2012.

White, Elecia: Making Embedded Systems. Sebastopol,USA 2011.

http://hammet.imtek.uni-freiburg.de/content/ems/de/szenarien_alt.php

http://www.handelsblatt.com/technologie/forschung-medizin/forschung-innovation/bio-elektronik-forscher-konstruieren-abbaubare-elektrogeraete/7193962.html

http://www.eue24.net/pi/index.php?StoryID=253&articleID=220764

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Vielen Dank für die Aufmerksamkeit

Noch Fragen??


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