Eingebettete Systeme

Bis in die späten 80er Jahre war die Informationsverarbeitung mit großen Mainframe-Rechnern und riesigen Bandlaufwerken verbunden. Während der 90er Jahre hat sich die Informationsverarbeitung zu den Personal Computern, den PCs, verlagert. Dieser Trend zur Miniaturisierung geht weiter, und die Mehrzahl informationsverarbeitender Geräte werden in naher Zukunft kleine, teilweise auch tragbare Computer sein, die in größere Produkte integriert sind. Das Vorhandensein von Prozessoren in diesen umgebenden Produkten, wie z.B. in Telekommunikationsgeräten wird weniger sichtbar sein als beim klassischen PC. Daher wird dieser Trend als der verschwindende Computer bezeichnet. Allerdings bedeutet dieser Begriff nicht, dass die Computer tatsächlich verschwinden werden, sondern vielmehr, dass sie überall sein werden. Diese neue Art von Anwendungen der Informationsverarbeitung wird auch ubiquitous computing (allgegenwärtiges Rechnen), pervasive computing [Hansmann, 2001], [Burkhardt, 2001] oder ambient intelligence [Marzano und Aarts, 2003] genannt. Diese drei Begriffe beschäftigen sich mit unterschiedlichen Nuancen der zukünftigen Informationsverarbeitung. Ubiquitous Computing konzentriert sich auf die langfristige Zielsetzung, Informationen jederzeit und überall zur Verfügung zu stellen, wohingegen pervasive computing sich mehr mit praktischen Aspekten, wie etwa der Ausnutzung bereits vorhandener Technologie, beschäftigt.

Gemäß dem vereinfachten Informationsfluss-Diagramm (s. Abb. 1.5) beschreibt dieses Kapitel die Anforderungen an Ansätze zur Spezifikation eingebetteter Systeme. Es mag immer noch Fälle geben, in denen die Spezifikation eines eingebetteten Systems in einer natürlichen Sprache, wie z.B. Englisch, festgehalten wird. Dieser Ansatz ist aber vollkommen ungeeignet, denn ihm fehlen wichtige Anforderungen an Spezifikationssprachen: es muss möglich sein, eine Spezifikation auf Vollständigkeit sowie auf Widerspruchsfreiheit zu prüfen, außerdem möchte man aus der Spezifikation mit einer systematischen Vorgehensweise eine Implementierung des Systems herleiten können.

Beim Entwurf eingebetteter Systeme ist es erforderlich, sowohl die Hardware als auch die Software zu betrachten. Die Wiederverwendung vorhandener Hard- und Softwarekomponenten ist der Kernpunkt der aktuellen Plattformbasierten Entwurfsmethodik. Diese wird ab Seite 170 beschrieben. Mit dem Wissen, dass vorhandene Komponenten wiederverwendet werden müssen, beziehen wir uns in diesem Kapitel wieder auf das Informationsflussdiagramm aus Abbildung 3.1 und beschreiben einige wichtige Eigenschaften der in eingebetteten Systemen eingesetzten Hardware.

Wenn die Spezifikation eines Systems abgeschlossen ist, kann mit dem eigentlichen Entwurf begonnen werden. Dies ist auch im vereinfachten Informations uss in Abb. 5.1 dargestellt.

Zwei wichtige Aspekte des Entwurfs eingebetteter Systeme wurden bisher nicht betrachtet: die Evaluierung und die Validierung. Bei der Evaluierung wird überprüft, ob ein Entwurf (möglicherweise auch nur ein Teilentwurf) bestimmte Anforderungen erfüllt. Bei der Validierung wird überprüft, ob ein bestimmter Entwurf oder ein Teil davon seinem Zweck entspricht und sich wie erwartet verhalten wird. Während die Validierung mehr auf die Überprüfung der Korrektheit eines Entwurfs zielt, dient die Evaluierung mehr der Überprüfung quantitativer Parameter, wie der Leistung, des Energieverbrauchs oder der erwarteten Lebensdauer. In vielen Entwurfsprozessen sind Evaluationen und Validierungen miteinander verknüpft.