Hasso-Plattner-Institut Potsdam Operating Systems and Middleware Group at HPI University of Potsdam, Germany
Operating Systems and Middleware Group at HPI

Betriebssysteme für Embedded Computing

Embedded OS

Wintersemester 2003/2004

 

Prof. Dr. habil. Andreas Polze, Hasso-Plattner-Institut
andreas.
polze@hpi.uni-potsdam.de

Dipl. Inf. Andreas Rasche, Hasso-Plattner-Institut
andreas.rasche@hpi.uni-potsdam.de


Im Wintersemester 2003/2004 findet eine Vorlesung zum Thema "Betriebssysteme für eingebettete Systeme" statt. Die Vorlesung richtet sich an Studenten im Masterstudium und ist in den Themenkomplexen "Softwaresystemtechnische Vertiefungsthemen" und "Freie Informatikthemen" angesiedelt. 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 ist Prüfungsvorraussetzung. 

Die Verbreitung eingebetteter Systeme stieg in den letzten Jahren rasant. Am Markt existieren weit über 100 Betriebssysteme für diese eingebetteten Systeme, wie Handys, PDAs, Automobile oder Industrieautomaten. In der Vorlesung sollen Konzepte von Betriebssystemen für eingebettete und Echtzeit-Systeme vorgestellt werden und einige ausgewählte im Detail behandelt werden.

Es werden Algorithmen zur Verwaltung von Ressourcen wie Speicher, CPU, Netzwerk vorgestellt, an die durch viele Einschränkungen von eingebetteten Systemen besondere Anforderungen gestellt werden. Aber auch aufkommende Konzepte wie die Konfigurierbarkeit von Betriebssystemen 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.

Das in der Vorlesung erlernte Wissen soll in einem Praktikum vertieft werden. In einer kleinen Gruppe soll dabei ein Problem mit Hilfe von eingebetteten Betriebssystemen gelöst werden.

Termin:          

Mittwochs       11:00 – 12:30 Uhr A-1.1
Donnerstags    16:00 – 17:30 Uhr A-1.1 und Praktikum

Inhaltsübersicht:

1. Aufgaben eines Betriebssystems – Optimierungskriterien : Fairness, Durchsatz, Antwortverhalten, Vorhersagbarkeit

2. Verwaltung der Ressource CPU : Echtzeitscheduling RMS,EDF, LSF; Taskmodell + periodische/aperiodische Tasks; Probleme des Echtzeitscheduling: Abhängigkeiten, Priority Inversion, WCET

3. Speicherverwaltung bei Eingebetteten Systemen, Protokolle für konkurierenden Ressourcenzugriff, Real Time Specification for Java

4. Echtzeitkommunikation : Anforderungen an EK; Feldbusse (CAN); Time Triggered Protocol

5. Gruppenkommunikation, Uhrensynchronisation

6. Echtzeitanwendungen

7. Betriebssysteme im Detail:
   
         -    Windows CE: Speicherverwaltung, Interruptbehandlung, Echtzeitfähigkeit
            -    Besonderheiten von eCos, rtLinux

8. Konfiguration von Betriebssystemen : Windows CE.NET 4.2 Plattform Builder, eCos Configuration Tool,

9. Anwendungsszenario 1 : „Hau den Lukas im Distributed Control Lab” – Steuerung eines Echtzeitexperiments : Interruptbehandlung mit Windows CE, Installable ISRs, HAL Anpassung, Lösung mit eCos

10. Adaptive Anwendungen für Eingebettete Systeme : Anpassung verteilter Anwendungen an Umgebungsbedingungen mittels dynamischer Rekonfiguration.

Unit 1 - Overview

Termin 15.10.2003

Termin 22.10.2003

Unit 2 - Scheduling

Termin 29.10.2003

Unit 3 - Memory Management

Termin 5.11.2003

Termin 6.11.2003

Achtung ! Ausflug zur Humboldt Universität zum Vortrag über den autonomen Hubschrauber MARVIN von Prof. Hommel (Info)

Unit 4 - Real-Time Communication

Termin 12.11.2003

Termin 19.11.2003

Unit 5 - Group Communication / Clock Synchronisation

Termin 26.11.2003

Unit 6 - Echtzeitprogrammierung mit Ada

Termin 4.12.2003

Unit 7 - Real-Time Java

Termin 10.12.2003

Unit 8 - Operating System Standards

Termin 17.12.2003

Unit 9 - Operating Systems

Termin 7.1.2004 

Windows Ce Material based on Windows CE 3.0 - Details about CE.Net will be discussed next

Termin 14.1.2004

Literatur

Termin 21.1.2004

Termin 4.2.2004

Praktikum

Termin 16.10.2003

Termin 23.10.2003

Termin 5.11.2003

Termin 22.1.2004

Termin 29.1.2004

Praktikumsthemen:

Werden innerhalb der ersten Vorlesungswochen bekannt gegeben. Eigene Vorschläge für Projekte, die den Umgang mit eingebetteten Betriebssystemen beinhalten, sind möglich.

Leistungserfassung:

Die Endnote wird in einer abschließenden mündlichen Prüfung ermittelt. Voraussetzung für die Zulassung zur Prüfung ist das Erreichen von mindestens 50 % der im Praktikum zu erwerbenden Punkte.

Termine:

Praktikumsvorträge: Mi 28.1.2004 11.00-13.00

  • Jede Gruppe hält einen Vortrag von ~ 12 min Länge.
  • Dann folgen 3 min Fragen und Diskussion.
  • Der Vortrag sollte kurz eingehen auf : Softwarearchitektur, Erfahrungen mit dem eingebetteten Betriebssystem, Messung / Evaluation.
  • Die Ausarbeitungen von rund 10 Seiten sind bis spätestens 13.2.2004 abzugeben.

Prüfungstermin: 19.2. 2004 (Ausnahmetermin: 26.2.2003 für alle, die am richtigen Termin nachweisbar eine Prüfung haben !)

Literatur:  

(1)         Real-Time Systems, Hermann Kopetz, Kluwer Academic Publishers

(2)         Real-Time Systems, Jane W.S. Liu

(3)         Embedded Software Development with eCos, Anthony J. Massa

(4)         Programming Microsoft Windows CE .NET, Third Edition, Douglas Boling

(5)    Real-Time Systems C.M. Krishna and G. Shin   

(6)    Computers as Components - Principles of Embedded Computing System Design, Wayne Wolf

 

erstellt von Andreas Rasche