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Eingebettete Betriebssysteme

Wintersemester 2011/2012

Prof. Dr. Andreas Polze

Im Wintersemester 2011/2012 findet eine Vorlesung zum Thema "Betriebssysteme for Embedded Computing" statt. Der Umfang der Lehrveranstaltung beträgt 4 SWS. In die Bewertung der Vorlesung  (6 benotete Leistungspunkte) geht die Note einer mündlichen Prüfung zu 100% ein. Eine erfolgreiche Teilnahme am Praktikum/Übung ist Prüfungsvorraussetzung. 

Die Verbreitung eingebetteter Systeme stieg in den letzten Jahren rasant. Bei der Softwareentwicklung für eingebettete Systeme treten Aspekte in den Vordergrund, die bei Desktopsystemen nur eine untergeordnete Rolle spielen. Diese Aspekte umfassen vorhersagbares zeitliches Verhalten (Echtzeit), die Verwaltung von knappen Ressourcen (Speicher, Netzwerk), verlässliche Kommunikationsprotokolle, Energieverwaltung, Entwurf von Nutzerschnittstellen (headless operation), Systemkonfiguration sowie Programmiersprachen und Modelle. In der Veranstaltung werden Entwurfsentscheidungen moderner eingebetteter Betriebssysteme an Hand von Bespielszenarien erläutern und ein Einblick in aktuelle Standardisierungsprozesse gegeben.

In der Vorlesung werden Algorithmen zur Verwaltung von Ressourcen wie Speicher, CPU, Netzwerk u.a. vorgestellt, an die durch viele Einschränkungen von eingebetteten Systemen besondere Anforderungen gestellt werden. Aber auch aufkommende Konzepte wie die Konfigurierbarkeit von Betriebssystemen und anwendungsspezifische Betriebssysteme werden vorgestellt.

Des Weiteren soll die Forschung am Lehrstuhl „Betriebssysteme und Middleware” im Projekt „Distributed Control Lab” als Fallstudie für den Einsatz von eingebetteten Betriebssystemen vergestellt werden. Die Steuerung des Experiments „Hau den Lukas” wird anhand verschiedener Lösungsstrategien und Verwendung unterschiedlicher Betriebssysteme erläutert und in Übungen und Praktika vertieft.

Ein Schwerpunkt der Praktika liegen in diesem Semester bei

• Android
• iOS
• Windows Phone 7
• Windows Embedded Compact 7 (CE)
• ...

Betriebssystemen für eingebettete Systeme. Die Praktikumsaufgaben werden im Rahmen der Vorlesung erläutert.

Termin:  

• Mi ,11:00-12:30, HPI HS 3
• Do, 13:30-15:00, HPI HS 3

Ablauf - Vorlesungsunterlagen

Mi, 19.10.	Überblick Programmierung eingebetteter Systeme
Mi, 26.10.	Performance-Maße für eingebettete Echtzeitsysteme
Do, 27.10.	Computers as Components - eine Sicht auf Software-Hardware-CoDesign DCC Model Train Case Study
Mi, 2.11.	Architektur des "Distributed Control Labs" am HPI Das "Hau den Lukas"-Experiment
Do, 3.11.	Rückblick: Rechnerarchitektur 1 - Befehlsformate (Foliensatz von Prof. Malek, HU Berlin)
Mi 9.11.	Rückblick: Rechnerarchitektur 2 - Adressierungsarten (Foliensatz von Prof. Malek, HU Berlin) Einführung Projektphase Cardea: Ideen für App-Projekte
Do 10.11.	Herbsttreffen GI-Fachgruppe Betriebssysteme (keine Vorlesung)
Mi 16.11.	Vorstellung der Seminarprojekte SPS, Eisenbahn und LEGO NXT Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)
Do 17.11.	Windows Phone 7 Android
Mi 23.11.	Rückblick: Rechnerarchitektur 3 - Programmierung, Procedure Linkage (Foliensatz von Prof. Malek, HU Berlin) Rückblick: Rechnerarchitektur 4 - Befehlssätze, Assembler (Foliensatz von Prof. Malek, HU Berlin) Zwei C-Programme und ihre Repäsentation in Assembler: Addition , Funktionsaufruf
Do 24.11.	Vorhersage der Programmlaufzeit - Probleme Task Assignment & Scheduling
Mi 30.11.	Speicherverwaltung
Do 1.12.	keine Vorlesung, Vorbereitung Projektvortrag
Mi 7.12.	Vorträge zu den Projekten
Do 8.12.	Intel MARC-Symposium am HPI
Mi 14.12.	Uhrensynchronisation
Do 15.12.	Interrupts und Exceptions
Mi 21.12.	Protokolle zur Echtzeitkommunikation
Weihnachten
Mi 4.1.	Feldbusse - CAN, ByteFlight (Foliensatz von Prof. M. Werner, TU Chemnitz) Feldbusse - Flexray
Do 5.1.	keine Vorlesung, Projektbesprechung
Mi 11.1.	Echtzeitprogrammierung mit Ada
Do 12.1.	Die Realtime Specification for Java (RTSJ)
Mi 18.1.	Betriebssysteme - Windows Embedded Overview, Windows CE 1
Do 19.1.	Keine Vorlesung, Projektbesprechung
Mi 25.1.	Betriebssysteme - Windows CE 2
Do 26.1.	Betriebssysteme - RT Linux
Mi 1.2.	Betriebssysteme - Embeddded Configurable Operating System (eCos)
Do 2.2.	Standards für eingebettete Betriebssysteme Real-Time Middleware
Mi 8.2.	Projektvorträge & Konsultation
Do 9.2.	Projektvorträge & Konsultation

Vortragsplanung

Mittwoch, 8.2.2012

Gruppe 4: (18min)	Cardea Blutzuckerspiegel-App	Björn Groneberg, Christian Kieschnick, Michael Kusber, Erik Prinz
Gruppe 5: (12min)	iOS Kernel Debugging	Martin Kreichgauer, Michael Pfister
Gruppe 6: (25min)	Find all my Friends-App	Robert Aschenbrenner, Tim Felgentreff, Lysann Kessler, Frank Schlegel, Philipp Tesselow, Tobias Mohr, Markus Kahl
Gruppe 7: (14min)	Multitasking auf dem Lego NXT	Dietmar Funck, Sebastian Kruse, (Jan Rehwaldt in Estland)
Gruppe 12: (14min)	Betriebssystem für NXT	Marks Götz, Marvin Killling, Rene Meusel

Donnerstag, 9.2.2012

Gruppe 1: (12min)	GeoCache - Android, Geldautomaten-Finder	Andre Kunz, Simon Völcker, Florian Zimmermann
Gruppe 2: (12min)	Cardea PharmacyFinder	Matthias Grauer, Hauke Klement, Patrick Schulze, Gary Yao
Gruppe 8: (16min)	Android App - Chat App mit GPS Unterstützung	Konrad Krentz, Christand Wiggert, Martin Linkhorst, Thomas
Gruppe 9: (12min)	Lego NXT OS	Anton Gulenko, Hanysz, Wuttke
Gruppe 10: (20min)	Eisenbahnsteuerung	Dustin Beyer, Franz Becker, Minh Tun Nguyen, Norman Höfler, Florian Thomas
Gruppe 11: (10min)	Geschwindigkeitsmessung Märklin	Felix Eberhardt, Kai Schliewenz

Prüfungen

Für Prüfungen stehen der 24.2.2012, der 16./17.4.2012 sowie der 24.4.2012 als Termine bereit. Bitte tragen Sie sich in die ausliegenden Listen im Sekretariat C-1.8 ein.

Lab Assignments

• Minimal NXT real-time operating system

Leistungserfassung:
Die Endnote wird in einer abschließenden mündlichen Prüfung ermittelt. Voraussetzung für die Zulassung zur Prüfung ist die regelmäßige Lösung der Aufgaben im Praktikum und der Übung.