01 - Introduction to Embedded Systems Flashcards
Was sind Embedded Real-Time Systems (Grundaufgabe)?
- Computer, deren Aufgabe in erster Linie nicht die Informationsverarbeitung ist, sondern die Interaktion mit physikalischen Prozessen
- Bsp. Cyberphysical System
Wann ist ein Computer System “Real-Time”? (zwei Aspekte)
Ein Echtzeit-Computersystem ist ein System, bei dem die Korrektheit des Systemverhaltens nicht nur von den logischen Ergebnissen der Berechnungen abhängt, sondern auch von dem physikalischen Zeitpunkt, zu dem die Ergebnisse erzeugt werden.
Was ist die Deadline und wie wird sie festgelegt?
- ist der Zeitpunkt, zu dem die Ergebnisse vorgelegt werden müssen
- Deadline wird von Umgebung der real-time Computer festgelegt/vorgeschrieben
Was sind Eigenschaften eines Real-Time Systems (Characteristics)? (5)
- Computational Systems (Rechnerische Systeme)
- Eng mit physikalischen Prozessen: Sensoren, Aktoren
- Reactive (Reaktiv/Reaktionsfähig): Timing wichtig
- Heterogeneous (Verschiedenartig)
- Networked (Vernetzt)
Was sind funktionale Anforderungen an R-T Systeme (Functional Requirements)? (4)
- Data Collection (Datenerhebung)
- Signal Conditioning (Signalaufbereitung)
- Alarm Monitoring (Alarm-Überwachung)
- Direct Digital Control (Direkte Digitale Steuerung)
Wozu dient der Steuerungsprozess?
Der Steuerungsprozess bewirkt, dass eine Systemvariable einen gewünschten Wert annimmt.
Was ist ein Control System?
Ein Steuersystem ist eine Zusammenschaltung von Komponenten, zu einer Systemkonfiguration, die eine gewünschte Systemreaktion ermöglicht.
Welche Bestandteile hat ein Control System? (4)
- Anlage oder Prozess (zu kontrollieren)
- Aktuatoren (Umwandlung des Steuersignals in ein Leistungssignal)
- Sensoren (liefern Messungen des System-Outputs)
- Referenzeingabe (Repräsentiert den gewünschten Output)
Was ist eine Eigenschaft von Control Algorithmen?
Sie können so konzipiert werden, dass ein bekannter konstanter Delay kompensiert werden kann.
Was bewirkt Jitter?
- bringt zusätzliche Unsicherheiten in den Regelkreis –> wirkt sich nachteilig auf Qualität der Steuerung aus
- bringt Ungewissheit über den Moment, zu dem die real-time Entity beobachtet wurde
Welche Deadline Arten gibt es? (3)
- Soft Deadline: Ergebnis ist auch nach der Deadline noch nützlich
- Firm Deadline (solide/fest): Ergebnis hat nach der Deadline keinen Nutzen mehr
- Hard Deadline: eine Katastrophe kann passieren, wenn die Deadline verpasst wird
Was ist ein hard real-time System?
Ein real-time Computersystem, dass mindestens eine hard Deadline einhalten muss.
Was sind Anforderungen an die Zuverlässigkeit (Dependability Requirements)? (4)
- Reliability
- Safety
- Maintainability
- Availability
Was ist Reliability?
- Zuverlässigkeit/Verlässlichkeit
- Wahrscheinlichkeit, dass ein System die angegebene Leistung bis zum Zeitpunkt t erbringt, vorausgesetzt das System war zu t=t0 betriebsbereit
- Mean Time-To-Failure (MTTF)
- Badewannenkurve
Was ist Safety?
Zuverlässigkeit in Bezug auf kritische Fehlerarten (Bsp. Safety Integrity Levels, ASIL Level, etc.).
Was ist Maintainability?
- Wartbarkeit
- Maß für die Zeit, die benötigt wird, um ein System zu reparieren, nachdem ein Fehler aufgetreten ist
- Wahrscheinlichkeit M(d), dass das System innerhalb eines Zeitintervalls d nach dem Ausfall wiederhergestellt wird
- Mean Time-To-Repair (MTTR)
- Konflikt zwischen Reliability und Maintainability
Was ist Availability?
- Erreichbarkeit/Verfügbarkeit
- Maß für die Erbringung einer korrekten Dienstleistung in Bezug auf Abwechslung von richtiger und falscher Dienstleistung
- Meant Time-Between-Failure (MTBF)
- A = MTTF / (MTTF+MTTR)
Auf welche 2 Basen kann ein RT System klassifiziert werden?
- Basis der externen Anforderungen: Hard Real-Time vs. Soft Real-Time, Fail-Safe vs. Fail-Operational
- Basis der Implementierung: Guaranteed Timeliness vs. Best Effort, Event-Triggered vs. Time-Triggered
Wann ist ein System Fail-Safe?
- Ein System ist ausfallsicher, wenn es in der Umgebung einen safe State gibt, der im Falle eines Systemausfalls erreicht werden kann, z. B. ABS, Zugsignalisierungssystem
- Fail Safeness ist ein Merkmal der Anwendung, nicht des Computersystems
Wann ist ein System Fail-Operational?
Ein System ist fail-operational, wenn es keinen safe State gibt, der bei einem Systemausfall erreicht werden kann.
Was bedeutet Guaranteed Timeliness?
Eine Systemimplementierung bietet guaranteed Timeliness (garantierte Pünktlichkeit), wenn innerhalb der spezifizierten Load- und Fault-Hypothese die zeitliche Korrektheit durch analytische Argumente belegt werden kann. Es müssen ausreichend rechnerische Ressourcen vorhanden sein für den specific peak Load und Fault Szenarios.
Was bedeutet Best Effort?
Eine Systemimplementierung ist best effort, wenn die zeitliche Korrektheit nicht analytisch belegt werden kann. Die zeitliche Verifizierung stütz sich auf Wahrscheinlichkeitsargumente, auch bei vorgegebener Load- und Fault-Hypothese. (Das System sendet die Daten wenn es gerade kann.)
Sollten Hard RT Systeme auf Guaranteed Timeliness oder Best Effort basieren?
Guaranteed Timeliness
Was ist ein rare Event und welche Auswirkungen hat es?
- ist ein wichtiges Event, welches sehr unregelmäßig/selten auftritt (Bsp. Bruch eines Rohrs in einem Kernreaktor)
- kann zu vielen zusammenhängenden Serviceanfragen führen (Bsp. Alarm Shower)
- in einer Reihe von Anwendungen hängt der Nutzen eines Systems von der vorhersehbaren Leistung bei seltenen Ereignissen ab
- in den meisten Fällen wird ein Belastungstest keine rare Event Szenarios abdecken
