Entwicklung von Embedded Systems

Seminarziel

Am Ende des Seminars sind die Teilnehmenden in der Lage, Embedded System Design Prinzipien effektiv anzuwenden, um leistungsstarke, skalierbare und sichere Embedded Systems zu entwickeln und bereitzustellen. Sie lernen, wie sie Projekte planen, entwickeln, integrieren und testen, um verschiedene Anforderungen abzudecken und die Systemleistung zu optimieren.

Inhalt

• Einführung in Embedded Systems
  • Überblick und Ziele: Was sind Embedded Systems und warum sind sie wichtig? Historische Entwicklung und Hauptmerkmale.
  • Anwendungsbereiche: Typische Anwendungsbereiche und Szenarien, in denen Embedded Systems eingesetzt werden.
  • Vergleich mit anderen Systemen: Unterschiede und Vorteile gegenüber allgemeinen Computersystemen.
• Grundlegende Konzepte und Architektur
  • Systemarchitektur: Überblick über die Architektur und die wichtigsten Komponenten eines Embedded Systems.
  • Mikrocontroller und Mikroprozessoren: Einführung in die verschiedenen Arten von Prozessoren und deren Anwendung.
  • Echtzeitbetriebssysteme (RTOS): Bedeutung und Nutzen von RTOS in Embedded Systems.
• Hardware- und Software-Komponenten
  • Hardware-Komponenten: Überblick über die gängigen Hardware-Komponenten (Sensoren, Aktoren, Speicher, etc.).
  • Software-Komponenten: Einführung in die Software-Komponenten (Firmware, Treiber, Middleware, etc.).
  • Schnittstellen und Kommunikation: Überblick über gängige Kommunikationsschnittstellen (UART, SPI, I2C, etc.).
• Entwicklungsprozesse und -tools
  • Entwicklungsumgebungen: Vorstellung gängiger Entwicklungsumgebungen (IDEs) und Tools.
  • Debugging und Fehlersuche: Techniken und Werkzeuge zur Fehlersuche und Fehlerbehebung.
  • Versionskontrolle: Nutzung von Versionskontrollsystemen (Git, SVN) in der Embedded-Entwicklung.
• Praktische Übung 1: Einrichtung einer Entwicklungsumgebung
  • Problemstellung: Einrichtung einer Entwicklungsumgebung für ein einfaches Embedded System.
  • Lösung: Auswahl und Installation der Entwicklungsumgebung, Konfiguration von Tools und Debugging-Einrichtungen.
  • Ergebnis: Eine funktionsfähige Entwicklungsumgebung, die für die Entwicklung von Embedded Systems bereit ist.
• Echtzeitbetriebssysteme (RTOS) bzw. FreeRTOS
  • Grundlagen von RTOS: Einführung in die Grundlagen und Konzepte von Echtzeitbetriebssystemen.
  • RTOS-Implementierung: Implementierung und Konfiguration eines einfachen RTOS.
  • Task-Management: Verwaltung von Tasks, Prioritäten und Scheduling.
• Leistungsoptimierung und Energieverwaltung
  • Leistungsoptimierung: Techniken zur Optimierung der Systemleistung und Ressourcennutzung.
  • Energieverwaltung: Strategien zur Reduzierung des Energieverbrauchs und zur Verbesserung der Energieeffizienz.
  • Low-Power-Design: Prinzipien und Techniken für das Design von energieeffizienten Embedded Systems.
• Sicherheitsaspekte und Fehlertoleranz
  • Sicherheitsanforderungen: Einführung in die Sicherheitsanforderungen für Embedded Systems.
  • Sicherheitsmechanismen: Implementierung von Sicherheitsmechanismen und Schutzmaßnahmen.
  • Fehlertoleranz und Zuverlässigkeit: Strategien zur Verbesserung der Fehlertoleranz und Zuverlässigkeit von Embedded Systems.
• Integration und Testen
  • Systemintegration: Techniken und Herausforderungen bei der Integration von Hardware- und Software-Komponenten.
  • Testmethoden: Einführung in verschiedene Testmethoden und -strategien für Embedded Systems.
  • Automatisiertes Testen: Nutzung von automatisierten Testwerkzeugen und -frameworks.
• Praktische Übung 2: Entwicklung und Integration eines Embedded Systems
  • Problemstellung: Entwicklung und Integration eines einfachen Embedded Systems mit RTOS, Leistungsoptimierung und Sicherheitsmechanismen.
  • Lösung: Implementierung des Systems unter Nutzung der erlernten Techniken und Werkzeuge, Durchführung von Tests und Integration.
  • Ergebnis: Ein vollständiges, funktionierendes Embedded System, das die erlernten Prinzipien und Techniken anwendet.