23.6.2009

Eingebettete SystemeQualität und Produktivität

Prof. Dr. Holger SchlingloffInstitut für Informatik der Humboldt Universität

und

Fraunhofer Institut für Rechnerarchitektur und Softwaretechnik

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War wir bislang hatten

1. Einführungsbeispiel (Mars Polar Lander)2. Automotive Software Engineering3. Anforderungsdefinition und -artefakte

• Lastenheft TSG• Ziele und Szenarien• Strategien

4. Modellierung• physikalische Modellierung• Anwendungs- und Verhaltensmodellierung• Berechnungsmodelle, zeitabhängige & hybride Automaten• Datenflussmodelle (Katze und Maus)

5. Regelungstechnik• PID-Regelung• HW für Regelungsaufgaben• speicherprogrammierbare Steuerungen

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Eingebettete Systeme: Software

• keine dynamische Speicherzuteilung, möglichst keine Zeiger

• feste Instanziierung, festes Linking• Komponenten sind ereignisgetrieben, reagieren auf

Unterbrechungen von Sensoren oder Uhren, indem sie ihren Zustand ändern und Nachrichten verschicken Kommunikation über Nachrichten auf fest zugeteilten

Speicherplätzen

• Programmierung in den allermeisten Fällen C, selten Assembler, manchmal

Java Bytecode (JVM?), .Net? 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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anderes Beispiel: WinSPS

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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