Praktikum Embedded Systems Engineering - Sommersemester 2012

Übersicht

Beschreibung

Lernziele:
Die in der Vorlesung Embedded Systems vermittelten Kenntnisse im Bereich der Modellierung Eingebetteter Systeme sollen praktisch umgesetzt und vertieft werden. Dabei wird ein Softwarepaket verwendet, welches in der Industrie weit verbreitet ist.

Lehrinhalt:
Eingebettete Systeme gelten als die Schlüsselanwendung der Informationstechnologie in den kommenden Jahren und sind, wie der Name bereits andeutet, Systeme, bei denen die Informationsverarbeitung in eine Umgebung (z.B. Auto) eingebettet ist und dort nicht-triviale Regelungs-, Steuerungs- oder Datenverarbeitungsaufgaben übernimmt. Dabei darf man das eingebettete System nicht isoliert betrachten, sondern muss die Wechselwirkungen mit der teilweise sehr komplexen Umgebung mit einbeziehen. Hier stoßen viele Entwurfs- und Simulationstools an ihre Grenzen, da sie in der Regel nicht in der Lage sind, Zeit-kontinuierliche Umgebungen oder komplexe (z.B. nicht-lineare) Dynamiken zu modellieren.

Auf Grundlage der in der Vorlesung Embedded Systems eingeführten Statecharts wird in dem Praktikum der Umgang mit dem Softwarepaket Matlab/Simulink der Firma Mathworks eingeübt. Matlab/Simulink ist momentan der De-facto-Standard in der Industrie zur Modellierung von nicht-trivialen physikalischen Modellen und wird deshalb z.B. in der Automobil- und Luftfahrtindustrie zur Modellierung Eingebetteter Systeme eingesetzt. Dabei handelt es sich oft um Systeme bei denen aus Sicherheitsgründen ein Fehlverhalten nicht toleriert werden kann.

Das Praktikum gliedert sich in drei Abschnitte:

Zunächst wird der praktische Umgang mit dem Softwarepaket Matlab/Simulink, sowie der Erweiterung Stateflow anhand einer Schritt-für-Schritt-Anleitung erlernt und mit kleineren Aufgaben vertieft.

Im zweiten Teil des Praktikums werden die erworbenen Kenntnisse beim Entwurf einer Zündsteuerung für einen Ottomotor mit vier Zylindern vertieft. Die Steuerung muss dabei fortlaufend aus den Positionssignalen der Kurbelwelle die Stellung der Kolben berechnen und zu den richtigen Zeitpunkten eine Zündung auslösen. Die Umgebung ist hierbei ein physikalisches Modell des Motors, welches auf die Zündsignale der Steuerung reagiert. Der richtige Zeitpunkt der Zündung hat einen direkten Einfluss auf die Leistung des Motors. Danach wird die Motorsteuerung um eine automatische Drehzahlregelung erweitert. Insgesamt ergibt sich so ein komplexes Zusammenspiel aus digitaler Steuerung und physikalischem Modell.

Schließlich wird im dritten Teil des Praktikums der Modellierungsaspekt durch die Codegenerierung für einen Mikrocontroller der Firma Atmel erweitert. Die Aufgabe besteht aus dem Entwurf einer Uhr mit Modi wie z.B. Stoppuhr und Wecker und der anschließenden Synthese des Systems. Dabei wird der automatisch erzeugte C-Code auf ein Entwicklungsboard (Arduino Uno) mit angeschlossenem LCD Display und Lautsprecher übertragen. Hier ist also nicht mehr die reine Simulation das Ziel, sondern man erhält eine voll funktionsfähige Hardware, deren Verhalten nur durch Statecharts modelliert wurde.

Der Besuch der Vorlesung Embedded Systems wird als Voraussetzung für die Veranstaltung dringend angeraten.

Kommentar

Pflichtpraktikum im Bachelor-Studiengang Embedded Systems Engineering (4 SWS, 6 ETCS)