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Eingebettete Systeme, 3rd Edition

by Oliver Bringmann, Walter Lange, Martin Bogdan

August 2018

Intermediate to advanced

442 pages

15h 20m

German

De Gruyter Oldenbourg

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1.1 Begriffsbestimmung und Beispiele.1.2 Systemkategorien1.3 Typischer Aufbau1.3.1 Beispiele für Sensoren und Aktoren1.4 Cyber-Physische Systeme (Cyber Physical Systems)1.5 Verteilte Systeme1.6 Bauformen von Eingebetteten Systemen1.6.1 Prozessorarten1.7 Schaltkreise für Eingebettete Systeme.1.7.1 Herstellerkonfigurierte Schaltkreise.1.7.2 Anwenderkonfigurierbare Schaltkreise1.8 Zusammenfassung
2.1 Kundenanforderungen und Spezifikation2.1.1 Nichtfunktionale Anforderungen2.1.2 Lastenheft.2.1.3 Pflichtenheft2.1.4 Spezifikation2.2 Der Beginn einer Entwicklung2.2.1 Der Architekturbegriff2.3 Hardware/Software-Co-Entwurf2.4 Software-Entwicklung.2.4.1 Das Wasserfallmodell2.4.2 Das Spiralmodell2.4.3 Agile Software-Entwicklungsmethoden2.4.4 Die Projekt-Entwicklungsmethode Scrum2.4.5 Programmentwicklung2.4.6 Entwickeln von Klassendiagrammen mit CRC-Karten2.4.7 Entwurfsmuster2.5 Hardware-Entwicklungsmethodik2.5.1 Die Produktivitätslücke2.5.2 Die Abstraktionsebenen2.5.3 Evolution der Entwicklungsmethoden
2.6.1 Beispiele von Entwicklungsplattformen.2.7 Transaction-Level-Modellierung (TLM)2.8 Die Modellbasierte Entwicklungsmethode2.9 Energiebedarf von elektronischen Systemen2.10 Zusammenfassung
3.1 Definition eines Modells3.2 Programm-Modelle3.3 Modellkategorien3.4 Modelle auf System- und algorithmischer Ebene: Berechnungsmodelle3.4.1 Prozessbasierte Berechnungsmodelle und -Netzwerke3.4.2 Kahn-Prozess-Netzwerke (KPN)3.4.3 Datenfluss-Netzwerke3.4.4 Prozess-Kalkuli (Process Calculi)3.5 Zustandsbasierte Modelle3.5.1 Petri-Netze3.5.2 StateCharts3.5.3 Prozess-Zustandsmaschinen3.6 Unified Modeling Language (UML)3.7 Transaction-Level-Modellierung (TLM)3.7.1 Modellieren der Kommunikation mit TLMs3.7.2 Das Netzwerk-TLM3.7.3 Protokoll-TLM und Bus-zyklusgenaues Modell3.8 Modellieren auf RT-Ebene3.8.1 Das grundlegende Verhaltensmodell auf RT-Ebene3.8.2 Das Strukturmodell auf RT-Ebene (PCAM)3.9 Modelle auf Logik-Ebene3.10 Zusammenfassung
4.1 VHDL – Eine Hardware-Beschreibungssprache4.1.1 Grundlegender Aufbau4.1.2 Das Sprachkonzept4.1.3 Die Schaltungsbeschreibung4.1.4 Signale und Datentypen4.1.5 Zuweisungen und die neunwertige Standard Logik4.1.6 Operationen.4.1.7 Die eventgesteuerte VHDL-Simulation und der Delta-Zyklus4.1.8 Der VHDL-Prozess

4.1.10 Generische Komponenten mit größeren Datenbreiten4.1.11 Konfigurationsanweisungen4.1.12 Der VHDL-Prozess als Beschreibung für Schaltwerke4.1.13 Beispiel eines Simulationstreibers in VHDL4.1.14 VHDL-Attribute4.1.15 Unterprogramme und Packages4.1.16 Typ-Konvertierungen4.1.17 Die Assert-Anweisung4.1.18 Simulationsbeispiel für ein Zweiprozessorsystem4.1.19 Entwurf energiesparender Hardwaresysteme mit VHDL4.1.20 Implementierung von Power Gating mit UPF und VHDL4.1.21 Zusammenfassung4.2 Die System-Beschreibungssprache SystemC4.2.1 Grundlagen von SystemC
4.2.3 Simulationssemantik.4.2.4 Transaction-Level-Modellierung mit SystemC4.2.5 RTL-Modellierung mit SystemC4.2.6 Zusammenfassung
5.1 Betriebssysteme5.1.1 Wann kann auf ein Betriebssystem verzichtet werden?5.1.2 Konzepte von Betriebssystemen.5.1.3 Prozesse5.1.4 Aufgaben und Schichtenmodell eines Betriebssystems5.1.5 Arten von Betriebssystemen5.1.6 Strukturen von Betriebssystemen5.1.7 Echtzeitbetriebssysteme und Echtzeitsysteme5.1.8 Zeitablaufplanung in Echtzeitbetriebssystemen5.1.9 Prioritätsumkehr5.1.10 Prioritätsvererbung5.1.11 Betriebssystem-Beispiele für Eingebettete Systeme5.2 Compiler5.3 Programm-Optimierungen5.3.1 Programm-Optimierung auf höherer Ebene
5.3.3 Optimierung der Programmgröße5.4 Performanzabschätzungen und Zeitverhalten (Timing Analyse)5.4.1 TLM-basierte Performanz-Abschätzung5.4.2 Performanz-Abschätzung aus Compiler-optimiertem Maschinencode5.5 Software-Synthese5.5.1 Herausforderungen der Software-Entwicklung5.5.2 Software-Synthese von Eingebetteten Systemen5.5.3 Code-Generierung in der Software-Synthese5.6 Zusammenfassung
6.1 Synthese auf verschiedenen Abstraktionsebenen6.2 Synthese auf Systemebene nach Gajski6.3 High-Level-Synthese6.3.1 Die wesentlichen Schritte der High-Level-Synthese.6.3.2 Allokierung.6.3.3 Zeitablaufplanung (Scheduling)
6.4 Register-Transfer- und Logiksynthese6.4.1 Elaboration6.4.2 Optimierung arithmetischer Teilnetze6.4.3 Logiksynthese und Technologieabbildung
7.1 Verifikation Simulation und Validierung7.2 Simulation7.2.1 Eine Simulationsanordnung7.2.2 Simulation auf Logik- und Technologieebene7.2.3 Software-Simulation7.2.4 Debugging in Eingebetteten Systemen7.2.5 Software-Debugging7.2.6 Hardware-Debugging7.3 Formale Verifikation7.3.1 Aussagen-Logik7.3.2 Prädikatenlogik erster Ordnung: FOL7.3.3 Model Checking7.3.4 Higher Order Logic7.4 Werkzeuge für Modellierung und Simulation7.5 Test7.5.1 Begriffsbestimmungen, Black-Box- und White-Box-Test7.5.2 Ein klassisches Fehlermodell7.5.3 Testmuster7.5.4 JTAG Boundary-Scan7.6 Zusammenfassung
8.1 Evolution der Mikroprozessoren8.2 Mikroprozessoren in Eingebetteten Systemen.8.2.1 Mikroprozessor-Architekturen.8.2.2 Ein- und Ausgabe durch Befehle und Interrupts8.2.3 Speicher-Systeme8.2.4 Wozu brauchen wir Caches?8.2.5 Hauptspeicher8.2.6 Festwertspeicher (ROM)8.2.7 Befehls-Verarbeitungsmethoden und Pipelining8.2.8 Performanz.8.2.9 Leistungsaufnahme-Steuerung (Power Management)8.2.10 Ein-Ausgabe-Geräte und Schnittstellen8.3 Mikrocontroller8.3.1 Niedrigpreis-Mikrocontroller8.3.2 Mikrocontroller höherer Leistung8.4 Multi-Core- und Mehrprozessorsysteme8.5 Mikroprozessor-Familien8.6 Zusammenfassung
9.1 Das ISO-OSI-Referenzmodell9.2 Der parallele Bus9.2.1 Schema eines Bustreibers9.2.2 Bus-Kommunikation.9.2.3 Bus-Zeitablaufpläne9.2.4 Multiprozessor- und Multibus-Systeme9.2.5 Bekannte Bus-Protokolle.9.2.6 AMBA-Bus-Systeme.9.3 Netzwerke9.3.1 Kommunikationsmodi9.3.2 Netzwerk-Topologien9.3.3 Datenformatierung9.4 Busähnliche Netzwerke oder serielle Busse9.4.1 Der I2C-Bus9.4.2 Der CAN-Bus
9.4.4 Profibus (Process Field Bus)9.4.5 Weitere Verbindungsnetzwerke für verteilte Systeme.9.5 Synchronisierung9.5.1 Kommunikationsprimitive9.5.2 Synchronisierung von Prozessorelementen9.6 Sensornetzwerke9.6.1 Drahtlose Sensornetzwerke.9.6.2 Einsatz von Sensornetzwerken, Topologie9.6.3 Kommunikation im Sensornetzwerk9.6.4 Der Sensorknoten9.6.5 Beispiele von Sensorknoten
9.7 Zusammenfassung

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9Kommunikation und Netzwerke

Unter Kommunikation verstehen wir hier den Datenaustausch zwischen Prozessoren oder Komponenten von Prozessoren in Eingebetteten Systemen und verteilten Systemen. Kommunikation zwischen Computern wurde durch das ISO-OSI Referenzmodell relativ früh genormt. Der Schichtenaufbau des Referenzmodells erlaubt eine Systematisierung der Kommunikation und trägt dazu bei, die Komplexität der einzelnen Kommunikationsschritte zu meistern und übersichtlicher darzustellen.

Netzwerke sind uns aus dem Gebiet der Telekommunikation bekannt und bilden einen eigenen Fachbereich. Wir gehen in diesem Kapitel auf Netzwerke ein, die für Eingebettete Systeme von Bedeutung sind, zum Beispiel Kreuzschienenverteiler, parallele Busse, serielle ...