Eingebettete Systeme · 3.Auflage by Bringmann, Oliver -- Read -- Imperial Library of Trantor

Index

Cover Titelseite Impressum Vorwort Inhaltsverzeichnis 1 Einführung, Bauformen und Technologien

1.1 Begriffsbestimmung und Beispiele. 1.2 Systemkategorien 1.3 Typischer Aufbau

1.3.1 Beispiele für Sensoren und Aktoren

1.4 Cyber-Physische Systeme (Cyber Physical Systems) 1.5 Verteilte Systeme 1.6 Bauformen von Eingebetteten Systemen

1.6.1 Prozessorarten

1.7 Schaltkreise für Eingebettete Systeme.

1.7.1 Herstellerkonfigurierte Schaltkreise. 1.7.2 Anwenderkonfigurierbare Schaltkreise

1.8 Zusammenfassung

2 Entwicklungsmethodik

2.1 Kundenanforderungen und Spezifikation

2.1.1 Nichtfunktionale Anforderungen 2.1.2 Lastenheft. 2.1.3 Pflichtenheft 2.1.4 Spezifikation

2.2 Der Beginn einer Entwicklung

2.2.1 Der Architekturbegriff

2.3 Hardware/Software-Co-Entwurf 2.4 Software-Entwicklung.

2.4.1 Das Wasserfallmodell 2.4.2 Das Spiralmodell 2.4.3 Agile Software-Entwicklungsmethoden 2.4.4 Die Projekt-Entwicklungsmethode Scrum 2.4.5 Programmentwicklung 2.4.6 Entwickeln von Klassendiagrammen mit CRC-Karten 2.4.7 Entwurfsmuster

2.5 Hardware-Entwicklungsmethodik

2.5.1 Die Produktivitätslücke 2.5.2 Die Abstraktionsebenen 2.5.3 Evolution der Entwicklungsmethoden

2.6 Plattformbasierter Entwurf

2.6.1 Beispiele von Entwicklungsplattformen.

2.7 Transaction-Level-Modellierung (TLM) 2.8 Die Modellbasierte Entwicklungsmethode 2.9 Energiebedarf von elektronischen Systemen 2.10 Zusammenfassung

3 Modelle

3.1 Definition eines Modells 3.2 Programm-Modelle 3.3 Modellkategorien 3.4 Modelle auf System- und algorithmischer Ebene: Berechnungsmodelle

3.4.1 Prozessbasierte Berechnungsmodelle und -Netzwerke 3.4.2 Kahn-Prozess-Netzwerke (KPN) 3.4.3 Datenfluss-Netzwerke 3.4.4 Prozess-Kalkuli (Process Calculi)

3.5 Zustandsbasierte Modelle

3.5.1 Petri-Netze 3.5.2 StateCharts 3.5.3 Prozess-Zustandsmaschinen

3.6 Unified Modeling Language (UML) 3.7 Transaction-Level-Modellierung (TLM)

3.7.1 Modellieren der Kommunikation mit TLMs 3.7.2 Das Netzwerk-TLM 3.7.3 Protokoll-TLM und Bus-zyklusgenaues Modell

3.8 Modellieren auf RT-Ebene

3.8.1 Das grundlegende Verhaltensmodell auf RT-Ebene 3.8.2 Das Strukturmodell auf RT-Ebene (PCAM)

3.9 Modelle auf Logik-Ebene 3.10 Zusammenfassung

4 Beschreibungssprachen für den Systementwurf

4.1 VHDL – Eine Hardware-Beschreibungssprache

4.1.1 Grundlegender Aufbau 4.1.2 Das Sprachkonzept 4.1.3 Die Schaltungsbeschreibung 4.1.4 Signale und Datentypen 4.1.5 Zuweisungen und die neunwertige Standard Logik 4.1.6 Operationen. 4.1.7 Die eventgesteuerte VHDL-Simulation und der Delta-Zyklus 4.1.8 Der VHDL-Prozess 4.1.9 Beispiele einfacher Prozessbeschreibungen 4.1.10 Generische Komponenten mit größeren Datenbreiten 4.1.11 Konfigurationsanweisungen 4.1.12 Der VHDL-Prozess als Beschreibung für Schaltwerke 4.1.13 Beispiel eines Simulationstreibers in VHDL 4.1.14 VHDL-Attribute 4.1.15 Unterprogramme und Packages 4.1.16 Typ-Konvertierungen 4.1.17 Die Assert-Anweisung 4.1.18 Simulationsbeispiel für ein Zweiprozessorsystem 4.1.19 Entwurf energiesparender Hardwaresysteme mit VHDL 4.1.20 Implementierung von Power Gating mit UPF und VHDL 4.1.21 Zusammenfassung

4.2 Die System-Beschreibungssprache SystemC

4.2.1 Grundlagen von SystemC 4.2.2 Beispiel eines SystemC-Moduls 4.2.3 Simulationssemantik. 4.2.4 Transaction-Level-Modellierung mit SystemC 4.2.5 RTL-Modellierung mit SystemC 4.2.6 Zusammenfassung

5 Eingebettete Software

5.1 Betriebssysteme

5.1.1 Wann kann auf ein Betriebssystem verzichtet werden? 5.1.2 Konzepte von Betriebssystemen. 5.1.3 Prozesse 5.1.4 Aufgaben und Schichtenmodell eines Betriebssystems 5.1.5 Arten von Betriebssystemen 5.1.6 Strukturen von Betriebssystemen 5.1.7 Echtzeitbetriebssysteme und Echtzeitsysteme 5.1.8 Zeitablaufplanung in Echtzeitbetriebssystemen 5.1.9 Prioritätsumkehr 5.1.10 Prioritätsvererbung 5.1.11 Betriebssystem-Beispiele für Eingebettete Systeme

5.2 Compiler 5.3 Programm-Optimierungen

5.3.1 Programm-Optimierung auf höherer Ebene 5.3.2 Minimierung des Energiebedarfs in Programmen 5.3.3 Optimierung der Programmgröße

5.4 Performanzabschätzungen und Zeitverhalten (Timing Analyse)

5.4.1 TLM-basierte Performanz-Abschätzung 5.4.2 Performanz-Abschätzung aus Compiler-optimiertem Maschinencode

5.5 Software-Synthese

5.5.1 Herausforderungen der Software-Entwicklung 5.5.2 Software-Synthese von Eingebetteten Systemen 5.5.3 Code-Generierung in der Software-Synthese

5.6 Zusammenfassung

6 Hardware-Synthese

6.1 Synthese auf verschiedenen Abstraktionsebenen 6.2 Synthese auf Systemebene nach Gajski 6.3 High-Level-Synthese

6.3.1 Die wesentlichen Schritte der High-Level-Synthese. 6.3.2 Allokierung. 6.3.3 Zeitablaufplanung (Scheduling) 6.3.4 Ressourcen-Bindung 6.3.5 Steuerwerksynthese

6.4 Register-Transfer- und Logiksynthese

6.4.1 Elaboration 6.4.2 Optimierung arithmetischer Teilnetze 6.4.3 Logiksynthese und Technologieabbildung

7 Verifikation, Simulation und Test

7.1 Verifikation Simulation und Validierung 7.2 Simulation

7.2.1 Eine Simulationsanordnung 7.2.2 Simulation auf Logik- und Technologieebene 7.2.3 Software-Simulation 7.2.4 Debugging in Eingebetteten Systemen 7.2.5 Software-Debugging 7.2.6 Hardware-Debugging

7.3 Formale Verifikation

7.3.1 Aussagen-Logik 7.3.2 Prädikatenlogik erster Ordnung: FOL 7.3.3 Model Checking 7.3.4 Higher Order Logic

7.4 Werkzeuge für Modellierung und Simulation 7.5 Test

7.5.1 Begriffsbestimmungen, Black-Box- und White-Box-Test 7.5.2 Ein klassisches Fehlermodell 7.5.3 Testmuster 7.5.4 JTAG Boundary-Scan

7.6 Zusammenfassung

8 Mikroprozessor-Grundlagen

8.1 Evolution der Mikroprozessoren 8.2 Mikroprozessoren in Eingebetteten Systemen.

8.2.1 Mikroprozessor-Architekturen. 8.2.2 Ein- und Ausgabe durch Befehle und Interrupts 8.2.3 Speicher-Systeme 8.2.4 Wozu brauchen wir Caches? 8.2.5 Hauptspeicher 8.2.6 Festwertspeicher (ROM) 8.2.7 Befehls-Verarbeitungsmethoden und Pipelining 8.2.8 Performanz. 8.2.9 Leistungsaufnahme-Steuerung (Power Management) 8.2.10 Ein-Ausgabe-Geräte und Schnittstellen

8.3 Mikrocontroller

8.3.1 Niedrigpreis-Mikrocontroller 8.3.2 Mikrocontroller höherer Leistung

8.4 Multi-Core- und Mehrprozessorsysteme 8.5 Mikroprozessor-Familien 8.6 Zusammenfassung

9 Kommunikation und Netzwerke

9.1 Das ISO-OSI-Referenzmodell 9.2 Der parallele Bus

9.2.1 Schema eines Bustreibers 9.2.2 Bus-Kommunikation. 9.2.3 Bus-Zeitablaufpläne 9.2.4 Multiprozessor- und Multibus-Systeme 9.2.5 Bekannte Bus-Protokolle. 9.2.6 AMBA-Bus-Systeme.

9.3 Netzwerke

9.3.1 Kommunikationsmodi 9.3.2 Netzwerk-Topologien 9.3.3 Datenformatierung

9.4 Busähnliche Netzwerke oder serielle Busse

9.4.1 Der I2C-Bus 9.4.2 Der CAN-Bus 9.4.3 FlexRay, LIN und MOST. 9.4.4 Profibus (Process Field Bus) 9.4.5 Weitere Verbindungsnetzwerke für verteilte Systeme.

9.5 Synchronisierung

9.5.1 Kommunikationsprimitive 9.5.2 Synchronisierung von Prozessorelementen

9.6 Sensornetzwerke

9.6.1 Drahtlose Sensornetzwerke. 9.6.2 Einsatz von Sensornetzwerken, Topologie 9.6.3 Kommunikation im Sensornetzwerk 9.6.4 Der Sensorknoten 9.6.5 Beispiele von Sensorknoten 9.6.6 Kommunikationsstandards für drahtlose Netzwerke.

9.7 Zusammenfassung

Literaturverzeichnis Index

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