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Der bisherige Lehrplan umschreibt die Lehrinhalte für Realzeitsysteme wie folgt:

• Realzeit: Reaktionszeit, Antwortzeit, Polling, Interrupt, Interrupt-Vektoren, Interrupt-Serviceroutinen, Prioritäten, Maskierung

• HW an einem konkreten Prozessrechner: CPU, interner Bus, Speicher, MMU, Geräteanschlüsse

• Prozess-Peripherie: Sensoren, Aktuatoren, Wandler

• Softwareprinzipien: Multi-Tasking, Scheduling, Inter-Prozess-Kommunikation, Hochsprachen, Schnittstellenhandler.

• Systemtheorie: Verfügbarkeit, ausfallwahrscheinlichkeit

• Werkzeuge

• Betriebssysteme: Übersicht, LnxOS, QNX, OS9, VRTX, Posix 1003.4, exemplarische Vertiefung

• Begriffe der PDV: Automatisierung von technischen Prozessen, Prozess, Prozessdaten, Prozesskopplung, Prozessmodelle

• Regelungstechnik: Grundbegriffe, Übertragungsglieder, Regelkreise

• Labor

Einige dieser Themen wurden schon in Vorlesungen wie 'Rechnerarchitektur' und 'Betriebssysteme' behandelt. In der aktuellen Vorlesungen wird der vorgesehene Themenbereich wie folgt akzentuiert:

• Systemtheorie/ Kontrolltheorie
  Als einheitlicher theoretischer Rahmen wird die Systemtheorie zugrundegelegt, in deren Rahmen sich alle anderen Begrifflichkeiten wie 'Prozess', 'Prozessrechner', Regelkreis' etc. klar und systematisch darstellen lassen.

• Embedded Systems
  Im Bereich der Realzeitsysteme spielen heute mehr und mehr die sogenannten 'embedded systems' eine zentrale Rolle. Diesem Umstand wird in der Vorlesung dadurch Rechnung getragen, dass das Thema 'Realzeitsysteme' durchgängig am Beispiel von embedded Systems abgehandelt wird (theoretisch und praktisch).

• Realzeitbetriebssysteme
  Seit wenigen Jahren gibt es einen neuartigen, sehr vielversprechenden Ansatz im Bereich Realzeitbetriebssysteme, bei dem nicht mehr versucht wird, ein Realzeitbetriebssystem als komplettes Betriebssystem zu konzipieren, sondern man entwickelt quasi Realzeit-Layer, die zwischen die Hardware und einem Betriebssystem geschoben werden; dadurch wird es möglich, bestehende Betriebssysteme und ihre Eigenschaften 'in Kraft zu lassen' und ihre Eigenschaften nach Bedarf weiter zu nutzen. Dies hat viele Vorteile gegenüber den 'klassischen' Ansätzen. In der Vorlesung wird dieser neue Ansatz in den Mittelpunkt gestellt. Als Beispiel wird RTAI (Real Time Application Interface) und ADEOS benutzt werden.

• Opensource-Software
  Es ist unübersehbar, dass in den letzten Jahren Opensource-Software gerade auch im Bereich Embedded Systems und Realzeitsysteme enorm an Einfluss gewonnen hat. Dieser Tatsache wird in der Vorlesung dadurch Rechnung getragen, dass die Beispiele in der Vorlesung ausschliesslich mit freier Software realisiert werden; jede(r) StudentIn hat dadurch die Möglichkeit, sämtliche Anwendungen auch auf eigener Hardware nachzuvollziehen.

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Literatur

(Wird laufend ergänzt)

Weitere ergänzende Literatur findet sich hier:

1. ADEOS-Projekt, Homepage, mit Artikeln und download-SW




2. J. Alves-Foss/ B. Rinker/ C. Taylor [2002] Towards Common Criteria Certification for DO-178B Compliant Airborne Software Systems, Center for Secure and Dependable Systems




3. W. BALZER: Empirische Theorien. Modelle, Strukturen, Beispiele. Braunschweig - Wiesbaden: Fr.Viehweg & Sohn 1982




4. W.BALZER/ C.U.MOULINES/ J.D.SNEED: An Architectonic for Science. The Structuralist Program, Dordrecht: Reidel 1987




5. M.Barr [2003], "Embedded Systems Glossary." Online at http://www.netrino.com/Publications/Glossary




6. Michael BECK et al.[2001, 6.Aufl.], "Linux Kernel-Programmierung. Algorithmen und Strukturen der Version 2.4", Addison-Wesley, München et al. .




7. BOURBAKI [1970], "Elements de Mathematique. Theorie des Ensembles", Hermann, Paris.




8. BSI - Bundesamt für Sicherheit und Informationstechnik: Gemeinsame Kriterien für die Prüfung und Bewertung der Sicherheit von Informationstechnik/ Common Criteria for Information Technology Security Evaluation (CC), Version 2.0 .




9. Fritz COLONIUS/ Wolfgang KLIEMANN [2000], " The Dynamics of Control", Birkhauser, 629 Seiten, ISBN: 0-8176-3683-8




10. Ali DASDAN [1999], "Timing Analysis of Embedded Real-Time Systems",Thesis, Computer Science, University of Illinois at Urbana-Champaign




11. John R.ELLIS [1994], "Objectifying Real-Time Systems", Sigs-Books, New York




12. http:///www.embedded-linux.de Umfangreiche Sammlung von anwendungsorientierten Artikeln zu Theorien, Software und Hardware.




13. FSMLabs mit dem Realzeitbetriebssystem RTLinux (FSMLabs über sich: "FSMLabs created the RTLinux and RTCore hard-real-time operating systems and we are primarily a research and development and software support company")




14. E. von Goldammer/ C. Kennedy/ J. Paul/ H. Lerchner/ R. Swik [1996], " AUTONOMOUS SYSTEMS: Description and Construction", Institut für Kybernetik & Systemtheorie - ICS Harpener Hellweg 532, D-44388 Dortmund and FB Informatik, FH Dortmund




15. E.JACOBSON [1996, 2.Aufl.], "Einführung in die Prozessdatenverarbeitung", Carl Hanser Verlag, München - Wien




16. Michael JUNGMANN [2003], "C versus Ada in sicherheitskritischen Applikationen", in: Rüdiger GRIMM/ Hubert B.KELLER/ Kai RANNENBERG (eds), "INFORMATIK 2003. Mit Sicherheit Informatik. Beiträge des Schwerpunktes 'sicherheit - Schuitz und Zuverlässigkeit'", GI-Edition, Lecture Notes in Informatics, ISBN 3-88579-365-2, SS.191-194




17. George J.KLIR [1991], "Facets of Systems Science", Plenum Press, New York - London




18. G.LAUX (ed)[1980/81], "Lexikon der Kybernetik, Bd.1-4", Akademie-Verlag, Berlin




19. F.L.Lewis [1992], Introduction to Modern Control Theory", in: Applied Optimal Control and Estimation, Prentice-Hall




20. http://www.linuxdevices.com/ Umfangreiche Sammlung von anwendungsorientierten Artikeln zu Theorien, Software und Hardware.




21. G.LUDWIG: Die Grundstrukturen einer physikalischen Theorie, Berlin - Heidelberg - New York: Springer 1978




22. G.LUDWIG: Einführung in die Grundlagen der Theoretischen Physik, Braunschweig: Viehweg 1978b (2nd. ed.)




23. LynuxWorks mit dem Realzeitbetriebssystem LynxOS (LynuxWorks über sich selbst: "LynxOS-178 fully satisfies the objectives of the DO-178B specification and enables developers to meet the strict technical requirements of safety-critical systems, with highly predictable costs and schedules. So, while others are bickering, remember LynuxWorks is focused on developing and delivering the best products, including LynxOS-178, which offers previously certified software and artifacts, standard POSIX interfaces which give the ability to leverage Linux® and UNIX® COTS software to ease your path to DO-178".und: "The LynxOS® real-time operating system is certified POSIX-conformant and also supports all of the routines in POSIX.1b and POSIX.1c." and "As a result of its collaboration with LynuxWorks and the overwhelming success of LynxOS, ICI has shifted its software baseline from VxWorks to LynxOS to support the development and deployment of the Army's standard EBC software for its aviation unit. Moreover, LynxOS has become the de facto standard for virtually all airborne Army communications equipment interfacing with the Tactical Internet."




24. Chr.MÄRTIN [2001], "Rechnerarchitekturen. CPUs, Systeme, Software-Schnittstellen", Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, München - Wien




25. Jörg MATTHES et al [2003], "Zuverlässige Software durch den Einsatz von UML, MDA und der Programmiersprache ADA", in: Rüdiger GRIMM/ Hubert B.KELLER/ Kai RANNENBERG (eds), "INFORMATIK 2003. Mit Sicherheit Informatik. Beiträge des Schwerpunktes 'sicherheit - Schuitz und Zuverlässigkeit'", GI-Edition, Lecture Notes in Informatics, ISBN 3-88579-365-2, SS.167-178




26. Ch.E.MORTIMER [1996, 6.rev.ed.], "Chemie", Georg Thieme Verlag, Stuttgart - New York




27. NIST [Aug.1999], Common Criteria (CC) Vers. 2.1; ISO International Standard 15408 für allgemeine Kriterien zu sicheren Systemen.




28. J.D.PALMER et al. [2003], "The IEEE Systems, Man, and Cybernetics Society: Historical Development, CurrentStatus, and Future Perspectives", in: IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Part C: Applicationsand Reviews, Vol.33 (1)13-23 /* Der zur Zeit aktuellste Überblick über die hier einschlägigen Disziplinen am Beispiel der wichtigsten internationalen Gesellschaft zu diesem Thema. */




29. Paul Parkinson (Senior Systems Engineer, Wind River),[2003],Safety-Critical Software Development for Integrated Modular Avionics




30. H.PENZLIN [1996, 6.rev.ed.], "Lehrbuch der Tierphysiologie", Gustav Fischer Verlag, Jena - Stuttgart




31. F.PICHLER [1975], "Mathematische Systemtheorie. Dynamische Konstruktionen", Walter de Gruyter, Berlin - New York




32. POSIX-Standard, including latest Realtime POSIX 1003.1b standard, presented by the IEEE and OPEN-Group




33. NIST (National Institute of Standards and Technology): Common Criteria




34. RTAI (und LXRT, NEWLXRT) , mit einigen guten Artikeln und download-SW




35. RTnet-Projekt




36. Alessandro RUBINI/Jonathan CORBET[2nd Edition June 2001],Linux Device Drivers, O'Reilly, Sebastopol (CA), USA




37. John RUSHBY, [1989], "Kernels for Safety?", in: "Safe and Secure Computing Systems", Chapter 13, Edited by T. Anderson, Blackwell Scientific Publications, Pages 210?220. Abstarct:" Secure systems are often built around a ``security kernel''---a relatively small and simple component that guarantees the security of the overall system. In this paper we ask whether this approach can be used to ensure system properties other than security---in particular, we are interested in whether ``safety'' properties can be handled in this way. Our conclusion is that kernelized system structures can provide rigorous guarantees that certain faults of commission will not occur. We give a more precise characterization in terms of the formal statement that can be asserted for a kernelized system and we outline an approach to system design that uses these insights and draws on experience with secure systems in order guarantee certain safety properties."




38. A.SCHULZ [1999], "Entwurf und Evaluierung von Echtzeit-Scheduling-Strategien in Hardware für einen mehrfädigen Java-Mikrocontroller", Dipl.Arbeit am Institut für Rechnerentwurf und Fehlertoleranz, Fakultät für Informatik, Universität Karlsruhe (TH)




39. Shankar SASTRY/ Marc BODSON [1989], "Adaptive Control: Stability, Convergence, and Robustness", Prentice-Hall Advanced Reference Series (Engineering), Englewood Clifs (NJ)




40. G.M. SHEPHERD [1994, 3.rv.ed.], "Neurobiology", Oxford University Press, New York - Oxford




41. G.SCHULZ [2002], "Regelungstechnik. Mehrgrössenregelung - Digitale Regelungstechnik - Fuzzy Regelung", Oldenbourg Verlag, München - Wien




42. J. A. Stankovic/ M. Spuri/ K. Ramamritham/ G. C. Buttazzo [1999], "Deadline Scheduling for Real-Time Systems: EDF and Related Algorithms", Kluwer Academic Publishers, Dordrecht Norwell




43. D.Stewartand/ M.Barr [2002], "Rate Monotonic Scheduling", in: Embedded Systems Programming, March 2002, pp. 79-80.




44. SYSGO AG über sich selbst: "Wir sind Spezialisten für Entwicklung, Integration und Beratung für eingebettete bzw. Echtzeit-Systemsoftware. In diesem Bereich - an der Schnittstelle zur Hardware - haben wir uns auf die Entwicklung und den Vertrieb von Systemsoftware ("Hardware Abstraction Software") spezialisiert.




45. SYSGO AG [2003], Embedded Linux Distribution 'ELinOS'; User's Guide




46. SYSGO AG [2003], Embedded Linux Distribution 'ELinOS'; Platform Manual




47. A.S.TANENBAUM/ J.GOODMAN [2001], "Computerarchitektur. Strukturen, Konzepte, Grundlagen", Pearson Studium, München




48. M.TÖRNGREN [1995],"A perspective to the Design of distributed Real-time Control Applications based on CAN",Division of Mechatronics, Departmen of Machine Design, The Royal Institute of Technology, Online-Quelle: Firma KVASER -> Artikel




49. VxWorks Realzeit-Betriebssystem von der Firma Windriver (Wind river über sich selbst: "Wind River is the undisputed worldwide leader in embedded software and services with more than 30% market share. Wind River is committed to aerospace and defense and it is the fastest growing market for the company." ).




50. Klaus Wüst [2003],"Mikroprozessortechnik. Mikrocontroller, Signalprozessoren, Speicherbausteine und Systeme", Vieweg Verlag, Wiesbaden




51. Victor Yodaiken,Verschiedene interessante Artikel im Umfeld von Realzeit; Yodaiken ist der Erfinder von RTLinux.




52. Beispiel einer Sammlung aktueller Themen im Umkreis des Themas Prozessrechner




53. Eine kleine Sammlung von Texten und Links zur Kontroll-Theorie, dazu eine sehr schöne Sammlung von Demos von Carnegie Mellon




54. Posix-High-Resolution Timers for Linux/p>

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Software

(Noch nicht fertig !!!)

(Es kommt ausschliesslich 'freie' Software zum Einsatz)

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Leistungsnachweise

Für die Prüfungsleistung werden Noten von 1-5 vergeben:

Grundsätzlich gilt, dass Leistungspunkte in der Klausur erworben werden. Zusätzlich kommt den Übungen eine zentrale Rolle zu (sowohl Studienleistung als auch Prüfungsleistung): (i) zugelassen zur Klausur wird nur, wer entweder alle erforderlichen Laborscheine von vorausgehenden Vorlesungen anderer Kollegen vorweisen kann (in der Regel 5 Scheine) oder aber mindestens 20 von 35 Leistungspunkten aus Übungen der aktuellen Lehrveranstaltung erreicht hat. Bei insgesamt 5 Laborscheinen wird dann 1 Laborschein mit 4 Punkten angerechnet. Jemand, der z.B. nur 4 von 5 Laborscheinen erreicht hat, hätte damit also dann 16 Pkt; es fehlen ihm dann noch 4 Punkte zur Zulassung. Im Falle von Studienleistungen werden die Leistungspunkte aus den Übungen für die Klausur angerechnet. Dabei gilt der Grundgedanke, dass im Falle von SLs die Übungspunkte auf die Klausurleistung angerechnet werden. Als Leitprinzip gilt, dass die Klausurpunkte (K) die Basis bilden: erreicht jemand in der Klausur mindestens soviele Punkte wie in der Übung (U), dann werden ihm die Übungspunkte voll angerechnet (K+U); erreicht jemand in der Klausur weniger Punkte als in den Übungen (K < U), wird verallgemeinernd unterstellt, dass die Übungspunkte --zumal in Teams gearbeitet werden kann-- nicht den 'wahren' Leistungsstand widerspiegeln. Nach verschiedenen Formelentwürfen, wie man diesen Fall behandeln soll --und die alle offiziell nach Diskussion im Plenum verworfen wurden-- wurde dann folgende einfache Regel (Version 4.0...) festgelegt: falls (K < U), dann 2 * K, d.h. U wird auf K beschränkt.

Für Übungen gelten die folgenden Regeln:

• Sie sind innerhalb der vorgegebenen Fristen abzugeben, sonst zählen sie nicht.




• Jeder muss seine Lösung vor der Gruppe persönlich vorstellen und begründen.




• Gruppenarbeit (2-3 Mitglieder) ist möglich, muss aber vorher als Gruppe verbindlich angemeldet werden.




• Pro Übung kan es im Schnitt bis zu 3.5 (7 Tage Vobereitung) bzw. 7 (14 Tage Vorbereitung) Leistungspunkte geben.




• Die offizielle Übungszeit wird vorwiegend dazu genutzt, Ergebnisse vorzustellen und zu überprüfen.

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