Diese Vorlesung wird in enger Kooperation mit Herrn Houssaini ausgeführt, speziell im Bereich der konkreten Anwendung von RTAI
VORLESUNG: |
|
KW |
VORLESUNG |
ÜBUNGEN |
Zusätzliches Material auf dem eLearning-Server der FH Frankfurt(verlangt Anmeldung und Passwort). |
||
42 |
Einführung in die Thematik und Plan der Vorlesung; Einteilung der Gruppen | Vorstellen des Labors, 1.Übungsaufgabe (als PDF-Dokument) |
43 |
Vorstellen des Labors, 1.Übungsaufgabe (als PDF-Dokument) |
|
44 |
Abgabe Übugsaufgabe Nr.1; Vorstellen der neuen Aufgabe Nr.2 |
|
45 |
Abgabe Übugsaufgabe Nr.1; Vorstellen der neuen Aufgabe Nr.2 |
|
46 |
Abgabe Übugsaufgabe Nr.2; Vorstellen der neuen Aufgabe Nr.3 |
|
47 |
Abgabe Übugsaufgabe Nr.2; Vorstellen der neuen Aufgabe Nr.3 |
|
48 |
Abgabe Übungsaufgabe Nr.3; |
|
49 |
Abgabe Übungsaufgabe Nr.3; |
|
50 |
Abgabe Übungsaufgabe Nr.4; |
|
51 |
Abgabe Übungsaufgabe Nr.4; |
|
52 |
Realzeitbetriebssysteme 4: Anwendungen mit RTAI | Abgabe Übungsaufgabe Nr.5; |
53 |
Keine Vorlesung |
|
1 |
Keine Vorlesung |
|
2 |
Abgabe Übungsaufgabe Nr.5; |
|
3 |
Abgabe Übungsaufgabe Nr.6; |
|
4 |
Zusammenfassung |
|
5 |
Keine Vorlesung, da Raum für Prüfungen benötigt wird | |
6 |
Klausur, Di, 8.Febr.2005, 10:00-12:00h, AudiMax |
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, Geräteanschlsse
Prozess-Peripherie: Sensoren, Aktuatoren, Wandler
Softwareprinzipien: Multi-Tasking, Scheduling, Inter-Prozess-Kommunikation, Hochsprachen, Schnittstellenhandler.
Systemtheorie: Verfügbarkeit, Ausfallwahrscheinlichkeit
Werkzeuge
Betriebssysteme: Übersicht, LynxOS, 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 unbersehbar, 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.
Als primäre Referenz zu Realzeitsystemen wird in dieser Vorlesung benutzt:
|
Als primäre Referenz zu eingebetteten Systemen ('embedded systems') wird in dieser Vorlesung benutzt:
Dazu für Linux als geradezu unentbehrlich das hervorragende Buch:
|
Weitere ergänzende Literatur findet sich hier:
ADEOS-Projekt, Homepage, mit Artikeln und download-SW
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
W. BALZER: Empirische Theorien. Modelle, Strukturen, Beispiele. Braunschweig - Wiesbaden: Fr.Viehweg & Sohn 1982
W.BALZER/ C.U.MOULINES/ J.D.SNEED: An Architectonic for Science. The Structuralist Program, Dordrecht: Reidel 1987
M.Barr [2003], "Embedded Systems Glossary." Online at http://www.netrino.com/Publications/Glossary
Michael BECK et al.[2001, 6.Aufl.], "Linux Kernel-Programmierung. Algorithmen und Strukturen der Version 2.4", Addison-Wesley, Mnchen et al. .
BOURBAKI [1970], "Elements de Mathematique. Theorie des Ensembles", Hermann, Paris.
BSI - Bundesamt fr Sicherheit und Informationstechnik: Gemeinsame Kriterien fr die Prfung und Bewertung der Sicherheit von Informationstechnik/ Common Criteria for Information Technology Security Evaluation (CC), Version 2.0 .
Fritz COLONIUS/ Wolfgang KLIEMANN [2000], " The Dynamics of Control", Birkhauser, 629 Seiten, ISBN: 0-8176-3683-8
Ali DASDAN [1999], "Timing Analysis of Embedded Real-Time Systems",Thesis, Computer Science, University of Illinois at Urbana-Champaign
United States Department of Defense (DoD) [1991, 1995], "Military Handbook MIL-HDBK-217, Washington. /* Hervorragende Referenz fr konkrete beispiele zum Thema Reliability */
J.DUDEL, R.MENZEL, R.F.SCHMIDT [1996], "Neurowissenschaften. Vom Molekül zur Kognition", Berlin-Heidelberg et.al: Springer Verlag
John R.ELLIS [1994], "Objectifying Real-Time Systems", Sigs-Books, New York
http:///www.embedded-linux.de Umfangreiche Sammlung von anwendungsorientierten Artikeln zu Theorien, Software und Hardware.
FSMLabs mit dem Realzeitbetriebssystem RTLinux (FSMLabs ber sich: "FSMLabs created the RTLinux and RTCore hard-real-time operating systems and we are primarily a research and development and software support company")
M.S.GAZZANIGA (Editor-in-Chief)[1995, 4.th.ed. 1997], "The Cognitive Neurosciences", Cambridge (MA): MIT Press
E. von Goldammer/ C. Kennedy/ J. Paul/ H. Lerchner/ R. Swik [1996], " AUTONOMOUS SYSTEMS: Description and Construction", Institut fr Kybernetik & Systemtheorie - ICS Harpener Hellweg 532, D-44388 Dortmund and FB Informatik, FH Dortmund
Otto-Joachim GR�SER [1989, 2.Aufl. 1990], Zeit und Gehirn. Zeitliche Aspekte der Signalverarbeitung in den Sinnesorganen und im Zentralnervensystem, in: Carl-Friedrich von Siemens Stiftung (ed.), "Die Zeit. Dauer und Augenblick", Mnchen-Zrich: Piper Verlag, SS.79-132
E.JACOBSON [1996, 2.Aufl.], "Einführung in die Prozessdatenverarbeitung", Carl Hanser Verlag, München - Wien
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
George J.KLIR [1991], "Facets of Systems Science", Plenum Press, New York - London
Robert D. KNIGHT, Marcia GRABOWECKY [1995, 4.th.ed. 1997], Escape from linear Time: Prefrontal Cortex and Conscious Experience, in: M.S.GAZZANIGA (Editor-in-Chief), "The Cognitive Neurosciences", Cambridge (MA): MIT Press, pp.1357 - 1371
Bryan KOLB, Ian Q.WHISLAW [1993], "Neuropsychologie", Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag
G.LAUX (ed)[1980/81], "Lexikon der Kybernetik, Bd.1-4", Akademie-Verlag, Berlin
F.L.Lewis [1992], Introduction to Modern Control Theory", in: Applied Optimal Control and Estimation, Prentice-Hall
http://www.linuxdevices.com/ Umfangreiche Sammlung von anwendungsorientierten Artikeln zu Theorien, Software und Hardware.
G.LUDWIG: Die Grundstrukturen einer physikalischen Theorie, Berlin - Heidelberg - New York: Springer 1978
G.LUDWIG: Einführung in die Grundlagen der Theoretischen Physik, Braunschweig: Viehweg 1978b (2nd. ed.)
LynuxWorks mit dem Realzeitbetriebssystem LynxOS (LynuxWorks ber 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."
Chr.MÄRTIN [2001], "Rechnerarchitekturen. CPUs, Systeme, Software-Schnittstellen", Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, München - Wien
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 - Schutz und Zuverlässigkeit'", GI-Edition, Lecture Notes in Informatics, ISBN 3-88579-365-2, SS.167-178
Ch.E.MORTIMER [1996, 6.rev.ed.], "Chemie", Georg Thieme Verlag, Stuttgart - New York
NIST [Aug.1999], Common Criteria (CC) Vers. 2.1; ISO International Standard 15408 fr allgemeine Kriterien zu sicheren Systemen.
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. */
Paul Parkinson (Senior Systems Engineer, Wind River),[2003],Safety-Critical Software Development for Integrated Modular Avionics
H.PENZLIN [1996, 6.rev.ed.], "Lehrbuch der Tierphysiologie", Gustav Fischer Verlag, Jena - Stuttgart
F.PICHLER [1975], "Mathematische Systemtheorie. Dynamische Konstruktionen", Walter de Gruyter, Berlin - New York
Daniel P.BOVET/ Marco CESATI [2003], "Understanding the Linux Kernel", O'Reilly, New York et al.
POSIX-Standard, including latest Realtime POSIX 1003.1b standard, presented by the IEEE and OPEN-Group
Michael Riepe [2004], "Zeitmessung unter Unix/Linux und Windows. Sweetheart, what watch?", in: iX 3/2004, Hannover:Heisse Zeitschriften-Verlag, SS.102-105
RTAI (und LXRT, NEWLXRT) , mit einigen guten Artikeln und download-SW
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."
R.F.SCHMIDT, G.THEWS[1995, 26.th ed.], "Physiologie des Menschen", Berlin-Heidelberg et.al: Springer Verlag
A.SCHULZ [1999], "Entwurf und Evaluierung von Echtzeit-Scheduling-Strategien in Hardware für einen mehrfähigen Java-Mikrocontroller", Dipl.Arbeit am Institut fr Rechnerentwurf und Fehlertoleranz, Fakultät für Informatik, Universität Karlsruhe (TH)
Shankar SASTRY/ Marc BODSON [1989], "Adaptive Control: Stability, Convergence, and Robustness", Prentice-Hall Advanced Reference Series (Engineering), Englewood Clifs (NJ)
G.M. SHEPHERD [1994, 3.rv.ed.], "Neurobiology", Oxford University Press, New York - Oxford
G.SCHULZ [2002], "Regelungstechnik. Mehrgrössenregelung - Digitale Regelungstechnik - Fuzzy Regelung", Oldenbourg Verlag, München - Wien
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
D.Stewartand/ M.Barr [2002], "Rate Monotonic Scheduling", in: Embedded Systems Programming, March 2002, pp. 79-80.
SYSGO AG ber 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.
SYSGO AG [2003], Embedded Linux Distribution 'ELinOS'; User's Guide
SYSGO AG [2003], Embedded Linux Distribution 'ELinOS'; Platform Manual
A.S.TANENBAUM/ J.GOODMAN [2001], "Computerarchitektur. Strukturen, Konzepte, Grundlagen", Pearson Studium, München
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
VxWorks Realzeit-Betriebssystem von der Firma Windriver (Wind river ber 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." ).
G.J.WHITROW [1980 2nd ed., repr. 1990],"The Natural Philosophy of Time", Oxford: Clarendon Press
Klaus Wst [2003],"Mikroprozessortechnik. Mikrocontroller, Signalprozessoren, Speicherbausteine und Systeme", Vieweg Verlag, Wiesbaden
Victor Yodaiken,Verschiedene interessante Artikel im Umfeld von Realzeit; Yodaiken ist der Erfinder von RTLinux.
Beispiel einer Sammlung aktueller Themen im Umkreis des Themas Prozessrechner
Eine kleine Sammlung von Texten und Links zur Kontroll-Theorie, dazu eine sehr schöne Sammlung von Demos von Carnegie Mellon
Es kommt fast ausschliesslich 'freie' Software zum Einsatz)
Für die Prüfungsleistung werden Noten von 1-5 vergeben:
NOTE |
PUNKTE |
---|---|
1 |
>69 |
2 |
55-69 |
3 |
40-54 |
4 |
25-39 |
5 |
<25 |
Grundsätzlich gilt, dass Leistungspunkte in der Klausur erworben werden. Zusätzlich kommt
den Übungen eine zentrale Rolle zu:
zugelassen zur Klausur wird nur, wer mindestens 20 Leistungspunkten aus den
Übungen der aktuellen Lehrveranstaltung erreicht hat. Die Leistungspunkte aus den Übungen werden für die Klausur angerechnet. Dabei gilt der Grundgedanke, 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.
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 kann es im Schnitt bis zu 7 Leistungspunkte geben. Zur Ausarbeitung der Übung hat man 14 Tage Zeit.
Die offizielle Übungszeit wird vorwiegend dazu genutzt, Ergebnisse vorzustellen und zu überprfen.