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07-3661 PROZESSRECHNER - ZEITPLAN


(Achtung: Diese Vorlesung führe ich in Kooperation mit Herrn Houssaini durch !)

Dieser Plan kann Änderungen unterliegen.

Letzte Änderung: 15.September 2005, 18:48h



VORLESUNG:

VL Di 08:15 - 09:45h Raum: BCN231
Erste Vorlesung: Di, 5.April 2005


ÜBUNGEN:

Üb1: Di 10:00 - 11:30h Raum: BCN 103
Üb2: Di 11:45 - 13:15h Raum: BCN 103
Erste Übung: Di, 5.April

KW

VORLESUNG

ÜBUNGEN

Inhalt laut Lehrplan

Literatur und Software

Leistungsnachweise

Zusätzliches Material auf dem eLearning-Server der FH Frankfurt(verlangt Anmeldung und Passwort).

14

VL1: Faktor Zeit; subjektive Wahrnehmung und objektives Messen; (Aufgabe Nr.1

10:00h Gruppe A; 11:45h Gruppe B

15

VL2: Zuverlässigkeit; Klassifikation von RTSs 1

10:00h Gruppe C; 11:45h Gruppe D

16

VL3: Zuverlässigkeit; Klassifikation von RTSs 2

10:00h Gruppe A (verlegt auf KW17!); 11:45h Gruppe B(Houssaini)

17

VL4: Scheduling von RT-Systemen 1

10:00h Gruppe C; 11:45h Gruppe A von KW16!

18

VL5: Scheduling von RT-Systemen 2

10:00h Gruppe A; 11:45h Gruppe B

19

Vorlesung muss wegen organisatorischer Gründe ausfallen !! Die Übungen finden aber statt !!

10:00h Gruppe C; 11:45h Gruppe D

20

Keine Lehrveranstaltung

Keine Lehrveranstaltung

21

VL6: Linux + RTAI; neue Aufgabe 4

10:00h Gruppe A - Aufg.3; 11:45h Gruppe B - Aufg.3

22

VL7: Embedded Systems (Houssaini)

10:00h Gruppe C - Aufg.3; 11:45h Gruppe D

23

VL8: Embedded Realtime Systems am Beispiel RTAI+Linux (Houssaini);
Aufg.5 neu

10:00h Gruppe A - Aufg.4; 11:45h Gruppe B: Aufg.4

24

VL9: Kontrolle eines Prozesses mit Linux+RTAI

10:00h Gruppe C - Aufg.4; 11:45h Gruppe D

25

VL10: Kontrolle einer Interaktion mit Linux+RTAI

10:00h Gruppe A - Aufg.5; 11:45h Gruppe B - Aufg.5

26

Klausurvorbereitung

10:00h Gruppe C - Aufg.5; 11:45h Gruppe D - Vorstellen Semesterprojekt

27

Klausur: Mi, 6.Juli 2005, 14:00h, BCN 231; Klausur-Ergebnisse



START

Inhalt laut Lehrplan

Der bisherige Lehrplan sieht vor, dass die Lehrveranstaltung Prozessrechner anhand der Hardware des Realzeitlabors in die wichtigen Themen von Realzeitsystemen einführt.

Aufgrund der dynamischen Entwicklung im Bereich Realzeitsysteme wird der Schwerpunkt in dieser Vorlesung auf die Theorie moderner Realzeitbetriebssysteme gelegt sowie in die Implementierung konkreter Realzeitsysteme mittels RTAI+Linux. Die notwendigen Übungen können sowohl im Realzeitlabor wie auch am eigenen Rechner vorgenommen werden.

Die Lehrveranstaltung teilt sich thematisch in zwei Blöcke: (i) theoretische Konzepte zu Realzeitsystemen und (ii) Ein konkretes Beispiel mit Linux + RTAI.

Bei den Übungen werden zwei Modelle angeboten: (i) 14-taegige Übungen; man benötigt dann mindestens 3 von 6 Übungen, um die Mindestpunktzahl zu erreichen; (ii) ein Semesterprojekt.


START

Literatur


(Wird laufend ergänzt)

Als primäre Referenz zu Realzeitsystemen wird in dieser Vorlesung benutzt:


  • Francis COTTET/ Joelle DELACROIX/ Claude KAISER/ Zoubir MAMMERI [2002], "Scheduling in Real-Time Systems", John Wiley & Sons, Chichester (Engl.) et al.

  • Mark G.KLEIN/ Thomas RALYA/ Bill POLLAK/ Ray OBENZA/ Michael G. HARBOUR [1993], "A Practitioner's Handbook for Real-Time Analysis", Kluwer Academic Publishers, Boston - Dordrecht - London

  • Hermann KOPETZ [1997, 5th ed. 2001], "Real-Time Systems. Design Principles for Distributed Embedded Applications", Kluwer Academic Publishers,Boston - Dordrecht - London

  • Neil Storey [1996], "Safety-Critical Computer Systems", London - New York et al:Prentice Hall (Pearson Education)

Als primäre Referenz zu eingebetteten Systemen ('embedded systems') wird in dieser Vorlesung benutzt:


  • Karim YAGHMOUR [2003], "Building Embedded Linux Systems", Cambirdge et al: O'REILLY

  • Ansgar GERLICHER/ Stephan RUPP [2004], "Symbian OS. Eine Einführung in die Anwendungsentwicklung", Heidelberg:dpunkt.verlag

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. United States Department of Defense (DoD) [1991, 1995], "Military Handbook MIL-HDBK-217, Washington. /* Hervorragende Referenz für konkrete beispiele zum Thema Reliability */


  12. J.DUDEL, R.MENZEL, R.F.SCHMIDT [1996], "Neurowissenschaften. Vom Molekül zur Kognition", Berlin-Heidelberg et.al: Springer Verlag


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


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


  15. 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")


  16. M.S.GAZZANIGA (Editor-in-Chief)[1995, 4.th.ed. 1997], "The Cognitive Neurosciences", Cambridge (MA): MIT Press


  17. 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


  18. Otto-Joachim GRÜSSER [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", München-Zürich: Piper Verlag, SS.79-132


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


  20. 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


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


  22. 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


  23. Bryan KOLB, Ian Q.WHISLAW [1993], "Neuropsychologie", Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag


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


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


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


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


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


  29. 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."


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


  31. 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


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


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


  34. 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. */


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


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


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


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


  39. Michael Riepe [2004], "Zeitmessung unter Unix/Linux und Windows. Sweetheart, what watch?", in: iX 3/2004, Hannover:Heisse Zeitschriften-Verlag, SS.102-105


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


  41. RTnet-Projekt


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


  43. 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."


  44. R.F.SCHMIDT, G.THEWS[1995, 26.th ed.], "Physiologie des Menschen", Berlin-Heidelberg et.al: Springer Verlag


  45. 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)


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


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


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


  49. Keith Shortridge [2004], "A Guide to Installing RTAI Linux", Anglo-Australian Observatory, P.O. Box 296, Epping 1710, NSW, Australia


  50. 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


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


  52. 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.


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


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


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


  56. 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


  57. 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." ).


  58. G.J.WHITROW [1980 2nd ed., repr. 1990],"The Natural Philosophy of Time", Oxford: Clarendon Press


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


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


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


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


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



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Software


(Es kommt ausschliesslich 'freie' Software zum Einsatz); siehe einen Überblick hier.

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Leistungsnachweise

Für die Prüfungsleistung werden Noten von 1-5 vergeben. Die Verteilung der Noten wurde gegenüber den letzten Semestern nun entsprechend dem Gebrauch im Studiengang Informatik bzw. Ingenieurinformatik angepasst. Der entscheidende Punkt ist die Forderung, dass eine 4 voraussetzt, dass man 50% aller erreichbaren Punkte bekommen hat.

NOTE

PUNKTE

1

ab 85

2

75 bis < 85

3

65 bis < 75

4

50 bis < 65

5

<50



Sofern es sich bei der Lehrveranstaltung um eine Studienleistung handelt (SL), können die Leistungen aus den Übungen für die Klausur angerechnet werden.Dies setzt voraus, dass die Anforderungen an die Übungen vollständig erfüllt wurden. Die Formel lautet: Wenn U <= K dann K+U; wenn U > K dann 2*K (mit: U := Uebungspunkte und K := Klausurpunkte). Pro Übungsaufgabe kann man ca. 9 Pkt erlangen. Bei 5 Übungsaufgaben pro Semester wären dies maximal 45 Pkt. Zur Pruefung zugelassen ist, wer mindestens 26 Pkt erreicht hat.


Für Übungen gelten die folgenden Regeln:

Wer von zu Hause aus testen will, ob seine Programme auf dem Zielrechner im Labor laufen, kann dies mittels sftp login@194.94.80.8 + passwort (Hochladen der Dateien auf den FH-Server) sowie ssh login@194.94.80.8 + passwort (Kompilieren und Testen der eigenen Dateien auf dem FH-Server) ausprobieren.

Die Bewertung der Uebungen erfolgt nach dem folgenden Feedbackschema (siehe Tabelle). Grundlage sind bestimmte sachliche Anforderungen ('items'). Diese ergeben sich aus der Aufgabe. Sie werden mit 60% gewertet. Dann werden diese sachlichen Beiträge generell bewertet: 20% unter der Rücksicht der Vollständigkeit, des Schwierigkeitsgrades und der Korrektheit; weitere 20% macht die Präsentation aus: der Vortrag selbst, der Medieneinsatz und inwieweit das ganze Team beteiligt war.

Feedbackschema

THEME



NN1

NN2

EXERCISE








No.
MAXIMAL POINTS PERCENTAGE WEIGHTs Individual Points SCORE Total Points Individual Points SCORE Total Points


9,00 100,00

1,01 9,06
0,51 4,58










PRESENTATION
20,00
1,03 0,21
0,6 0,12

TALK BREADTH "0 - 3" 0,25 3

2


CLARITY "0 - 3" 0,25 3

1



TIMESCHEDULE "0 - 3" 0,1 3

1

MEDIATOOLS Usage "0 - 3" 0,2 3

1



Layout "0 - 3" 0,1 3

3


TEAM
"0 - 1" 0,1 0,5

1

STRUCTURE OF ITEMS
20,00
1 0,2
0,44 0,09

COMPLETENESS
"0 - 3" 0,4 3

2


DIFFICULTY
"0 - 3" 0,3 3

1


CORRECTNESS
"0 - 3" 0,3 3

1












ITEMLIST

60,00
1 0,6
0,5 0,3
Item 1

"0,0.5, 1"
1

1

Item 2

"0,0.5, 1"
1

0

....

...
1

0,5

Item k

"0,0.5, 1"
1

0,5











k



4

4











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