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2010 | Book

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Eingebettete Systeme

Systemgrundlagen und Entwicklung eingebetteter Software

Authors: Karsten von Berns, Schürmann von Bernd, Mario Trapp

Publisher: Vieweg+Teubner

Part of: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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About this book

Ein Lehrbuch, das die Brücke zwischen der Mechatronik und der Entwicklung eingebetteter Software schlägt. Zunächst werden die Grundlagen eingebetteter Systeme, die die Gebiete Systemtheorie, Steuerung und Regelung sowie Sensorik und Aktuatorik umfassen, für Informatiker verständlich umrissen. Im zweiten Teil werden darauf aufbauend moderne Entwicklungsmethoden für eingebettete Software erläutert. Informatiker erhalten hierbei die notwendigen Grundlagen, die sie für die Entwicklung ihrer eingebetteten Software benötigen. Elektrotechniker, Maschinenbauer und Mechatroniker profitieren von den modernen Softwareentwicklungsmethoden für eingebettete Systeme, die sie sonst nur verstreut in verschiedener Spezialliteratur finden würden.

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Table of Contents

Frontmatter

Einleitung

Einleitung

Zusammenfassung

Eingebettete Systeme sind aus unserer modernen Welt nicht mehr wegzudenken. Sie treten überall dort auf, wo eine direkte Interaktion technischer Systeme mit der Umwelt stattfinden soll. Sie finden Anwendung in verschiedensten Bereichen wie der Luft- und Raumfahrttechnik bis hin zu Konsumgütern wie Fernseher, DVD-Spieler etc. (Abb. 1). Kaum ein heute verfügbares technisches Gerät wäre ohne den Einsatz eingebetteter Hard- und Softwaresysteme realisierbar.

Karsten von Berns, Schürmann von Bernd, Mario Trapp

Grundlagen eingebetteter Systeme

Frontmatter

1. Elektronische Grundlagen

Zusammenfassung

Software-Entwickler, die im Bereich eingebetteter Systeme tätig sind, benötigen vertiefte Kenntnis des technischen Systems für das sie ihre eingebettete Software konstruieren. Bei den eingebetteten Systemen handelt es sich überwiegend um (erweiterte) Steuerungs- und Regelungssysteme. Auch wenn die eigentlichen Regelalgorithmen komplexer Systeme von ausgebildeten Elektrotechnikern entwickelt werden, benötigen die Softwarekonstrukteure ebenfalls Kenntnisse dieses Bereichs.

Karsten von Berns, Schürmann von Bernd, Mario Trapp

2. Grundlagen dynamischer Systeme

Zusammenfassung

Alle zu steuernden bzw. zu regelnden technischen Systeme fallen in die Klasse der dynamischen Systeme. Bevor wir das steuernde eingebettete System entwickeln können (vgl. Teil 2 dieses Buches), müssen wir das Verhalten dynamischer Systeme verstehen und beschreiben können. Dies ist eine Aufgabe der Systemtheorie, in die hier so weit wie notwendig eingeführt werden soll.

Karsten von Berns, Schürmann von Bernd, Mario Trapp

3. Aufbau eingebetteter Systeme

Zusammenfassung

Mit Hilfe des MSR-Kreislaufes (Messen Steuern Regeln) lässt sich der Aufbau eines eingebetteten Systems gut darstellen (Abb. 3-1). Um einen beliebigen Prozess beeinflussen zu können, müssen zunächst Zustandsgrößen gewonnen werden. Beispiele für Zustandsgrößen sind Kräfte, Geschwindigkeiten und Positionen. Diese Größen werden zunächst mit Hilfe von nicht-elektrischen Messgrößenumformern in andere physikalische Größen gewandelt, die dann mit einer geeigneten Messsensorik in elektrische Größen umgewandelt werden kann. Beispielsweise führt das Anlegen einer Kraft am Ende eines dünnen Aluminiumbalkens zu einer Verformung. Diese Verformung kann mit einem Dehnmessstreifen, der auf dem Biegebalken aufgeklebt ist, bestimmt und in ein elektrisches Signal gewandelt werden. Durch die Stauchung oder Streckung des Materials in Dehnmessstreifen ändert sich der elektrische Widerstand, was wiederum bei einer Strom- bzw. Spannungsmessung zu einer Änderung führt. Der letzte Schritt für die Digitalisierung von Zustandsdaten eines Prozesses besteht in der Messsignalaufbereitung und Digitalisierung. Die Messsignalaufbereitung wird durch die Sensorelektronik übernommen.

Karsten von Berns, Schürmann von Bernd, Mario Trapp

4. Steuerung und Regelung

Zusammenfassung

Mit der Hilfe von Filtern können Signale gezielt manipuliert werden. Man unterscheidet eine Vielzahl von verschiedenen Filtern. In diesem Buch werden die frequenzselektiven Filter behandelt, da diese sehr häufig in eingebetteten System zur Anwendung kommen. Diese haben die Aufgabe, gewisse Teile eines Frequenzspektrums gut durchzulassen (Durchlassbereich) und die restlichen Teile des Spektrums zu sperren (Sperrbereich).

Karsten von Berns, Schürmann von Bernd, Mario Trapp

5. Kommunikation in eingebetteten Systemen

Zusammenfassung

Die stetige Zunahme der Automatisierung in allen technischen Bereichen führte ebenfalls zu einer fast explosionsartigen Zunahme auf Seite der Kommunikation. Immer mehr Bussysteme - teils proprietär, teils genormt - entdeckten das Licht der Welt. Heute gibt es bereits über 100 unterschiedliche Kommunikationssysteme in der Automatisierungstechnik. Ihre Anzahl ist weiterhin steigend, wenn auch nicht mehr so schnell wie in der Vergangenheit. Der aktuelle Technologiefortschritt liegt im Wesentlichen im Bereich der Drahtloskommunikation. Drahtlose Sensornetzwerke sind nicht mehr nur im Forschungsbereich zu finden.

Karsten von Berns, Schürmann von Bernd, Mario Trapp

Modellbasierte Softwareentwicklung für eingebettete Systeme

Frontmatter

6. Grundlagen der Softwareentwicklung für eingebettete Systeme

Zusammenfassung

Software bildet einen integralen Bestandteil heutiger eingebetteter Systeme. Die im ersten Teil dieses Buches dargelegten Besonderheiten eingebetteter Systeme wirken sich daher auch unmittelbar auf die Softwareentwicklung aus. Bevor wir deshalb in den nachfolgenden Kapiteln in die Entwicklung eingebetteter Softwaresysteme einführen, gibt Abschnitt 6.1 zunächst einen Einblick in die Besonderheiten eingebetteter Software und den Unterschieden zu klassischen IT-Systemen.

Karsten von Berns, Schürmann von Bernd, Mario Trapp

7. Modellierungstechniken in der Softwareentwicklung

Zusammenfassung

Um die Idee der modellbasierten Entwicklung umzusetzen, kommen durchgängig in allen Entwicklungsphasen Modelle zum Einsatz. Die genutzten Modellierungstechniken haben immer mehr den Charakter formalisierter, graphischer Sprachen, die einer klaren Syntax folgen und denen (zumindest wenn daraus Code generiert werden soll) eine Semantik unterliegt.

Karsten von Berns, Schürmann von Bernd, Mario Trapp

8. Methodik

Zusammenfassung

Die in Kapitel 7 vorgestellten Modellierungstechniken bieten uns die Grundlagen, sozusagen das Handwerkszeug, um die Applikationssoftware eingebetteter Systeme modellbasiert entwickeln zu können. Wie jedes andere Werkzeug ist es allerdings für die Entwicklung wichtig zu verstehen, wie die Modellierungstechniken im Rahmen eines Entwicklungsprozesses methodisch eingesetzt werden. Daher werden wir uns in diesem Kapitel mit der Anwendung der Modelle im Entwicklungsprozess von den Anforderungen bis zur Implementierung auseinander setzen.

Karsten von Berns, Schürmann von Bernd, Mario Trapp

Backmatter

Title: Eingebettete Systeme
Authors: Karsten von Berns
Schürmann von Bernd
Mario Trapp
Copyright Year: 2010
Publisher: Vieweg+Teubner
Electronic ISBN: 978-3-8348-9661-2
Print ISBN: 978-3-8348-0422-8
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-8348-9661-2

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