EBS 1.1 Flashcards
Kapitel 1-3
In welche fünf strukturellen Bestandteile kann ein eingebettetes System zerlegt werden?
- Kontrolleinheit (Steuergerät)
- Regelstrecke mit Aktoren und Sensoren
- Benutzerschnittstelle
- Umgebung
- Benutzer
Was ist die Aufgabe der Kontrolleinheit in einem eingebetteten System?
Die Kontrolleinheit empfängt Signale von der Benutzerschnittstelle und den Sensoren der Regelstrecke, verarbeitet diese Eingaben und sendet Antwortsignale an die Benutzerschnittstelle und die Aktuatoren der Regelstrecke. Sie bildet den Kern des eingebetteten Systems und kann aus parallelen, verteilten Subkomponenten bestehen.
Welche Charakteristiken hat die Regelstrecke in einem eingebetteten System?
Die Regelstrecke ist heterogen und kann aus elektronischen, elektrischen und mechanischen Teilen bestehen. Sie erhält Kontrollsignale und gibt über ihre Sensoren Signale aus. Die Grenze zwischen Regelstrecke und Umgebung ist entscheidend und kann komplex sein. Die Interaktion wird durch diskrete und kontinuierliche Ströme modelliert.
Welche Rolle spielt die Benutzerschnittstelle in einem eingebetteten System?
Die Benutzerschnittstelle ermöglicht die Interaktion zwischen dem eingebetteten System und dem Benutzer. Sie besteht aus Eingabegeräten (z. B. Schalter, Tasten) und Ausgabegeräten (z. B. Bildschirme, Signalleuchten) und kann in dezentrale Bedienstationen zerlegt werden.
Wie sind die Umgebung und der Benutzer in die Struktur eingebetteter Systeme integriert?
Die Umgebung und der Benutzer sind integrale Bestandteile eines eingebetteten Systems. Die Umgebung steht in komplexer Wechselwirkung mit der Regelstrecke, die nicht direkt von der Kontrolleinheit beeinflusst wird. Der Benutzer interagiert über die Benutzerschnittstelle mit dem System.
Wie werden die Kommunikationskanäle in einem eingebetteten System beschrieben?
Kommunikationskanäle werden durch Pfeile dargestellt, die gerichtete Kommunikationswege symbolisieren. Sie transportieren diskrete Nachrichten oder kontinuierliche Signale. Diskrete Nachrichten sind ereignisdiskret, kontinuierliche Signale sind zeit- und wertkontinuierlich.
Was ist der Unterschied zwischen der „Black-Box-Sicht“ und der „Glass-Box-Sicht“ auf die Kontrolleinheit?
Die „Black-Box-Sicht“ betrachtet die Kontrolleinheit ohne detaillierte Kenntnis ihrer inneren Struktur, während die „Glass-Box-Sicht“ die interne Parallelität und Verteilung der Kontrolleinheit berücksichtigt.
In welche strukturellen Bestandteile kann ein eingebettetes System aufgeteilt werden?
Die strukturellen Bestandteile eines eingebetteten Systems sind: Das Steuergerät, die Regelstrecke mit Aktoren und Sensoren, die Benutzerschnittstelle, die Umgebung sowie der Benutzer.
Wie kann man zeitdiskrete und zeitkontinuierliche Signale der Regelstrecke als mathematische Funktionen darstellen?
Zeitkontinuierliche Funktion: f:R0+→Wf:R0+→W
Zeitdiskrete Funktion: g:N→Wg:N→W
wobei:
R0+R0+ die reellen positiven Zahlen einschließlich der Null bezeichnet, NN die natürlichen Zahlen einschließlich der Null bezeichnet, WW den Wertebereich der ggf. abstrahierten Sensor- bzw. Aktordaten bezeichnet.
Wie kann man die „Black-Box-Sicht“ eines Steuergeräts als mathematische Funktion beschreiben?
Die „Black-Box“-Sicht eines Steuergeräts könnte man als Funktion höherer Ordnung wie folgt beschreiben:
h1:(N→W)→(N→W)h1:(N→W)→(N→W) h2:(R0+→W)→(R0+→W)h2:(R0+→W)→(R0+→W)
Das bedeutet, dass die „Black-Box“-Sicht eine mathematische Funktion darstellt, die diskrete bzw. kontinuierliche Signale verarbeitet und als Eingabe- und Ausgabegrößen definiert ist.
Was umfasst das erste Kapitel zu eingebetteten Systemen?
Das erste Kapitel enthält eine allgemeine Einführung in das Thema eingebettete Systeme. Es beginnt mit einer Motivation, einer Klassifikation dieser Systeme, Beispielen und betroffenen Branchen sowie Anwendungen. Das Kapitel schließt mit einer Diskussion zentraler Herausforderungen. Nach der Lektüre sollten Sie die zentrale Rolle eingebetteter Systeme für die Informatik und Mikrosystemtechnik verstehen, sie von anderen Systemen unterscheiden können und die wichtigsten Anwendungen und Begriffe sowie die noch zu lösenden Herausforderungen einschätzen können.
Was ist ein eingebettetes System und welche Aufgaben übernimmt es?
Ein eingebettetes System ist ein Computersystem, das in ein umgebendes technisches System eingebettet ist und mit diesem interagiert. Es übernimmt komplexe Steuerungs-, Regelungs-, Überwachungs- und Datenverarbeitungsaufgaben und verleiht dem umgebenden System oft einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil. Eingebettete Systeme sind in allen Bereichen der Technik weit verbreitet.
Was sind reaktive Systeme und wie unterscheiden sie sich von transformationellen Systemen?
Reaktive Systeme interagieren beständig mit ihrer Umgebung und reagieren auf Ereignisse, die von außen getrieben werden. Im Gegensatz dazu verarbeiten transformationelle Systeme nur Eingaben, die beim Systemstart vollständig vorliegen, und geben Ausgaben erst nach der Systemterminierung aus. Reaktive Systeme finden Anwendung in der Flugzeug-, Automobil- und Telekommunikationselektronik.
Was sind die aktuellen Trends beim Entwurf eingebetteter Systeme?
Die aktuellen Trends umfassen:
-Einen steigenden Anteil des elektronischen Teilsystems, insbesondere des digitalen Teils und der Software.
-Einen Trend zu mehr Intelligenz und fortschreitender Vernetzung.
-Den Entwurfskompromiss zwischen kostengünstigen Standardkomponenten und schneller Spezial-Hardware.
Welche drei Klassen von Computersystemen gibt es und wie unterscheiden sie sich?
Die drei Klassen von Computersystemen sind:
- Transformationelle Systeme: Verarbeiten nur vollständige Eingaben und geben Ausgaben erst nach der Termination aus.
-Interaktive Systeme: Synchronisieren sich stetig mit ihrer Umgebung und erzeugen Ausgaben während der Laufzeit.
-Reaktive Systeme: Reagieren auf Ereignisse von außen und müssen zuverlässig und zeitkritisch agieren.
Welche Eigenschaften und Herausforderungen zeichnen reaktive Systeme aus?
Reaktive Systeme arbeiten oft nebenläufig, müssen äußerst zuverlässig sein und Zeitschranken einhalten. Sie sind in komplexe Systemumgebungen eingebettet und müssen funktional korrekt sein. Die Entwicklung reaktiver Systeme erfordert die Beherrschung der Komplexität und die Einhaltung von Reaktionszeiten, insbesondere bei sicherheitskritischen Anwendungen.
In welchen Anwendungsgebieten finden sich eingebettete Systeme?
Eingebettete Systeme sind weit verbreitet in:
-Telekommunikation (z.B. Telefon, Fax)
-Haushalt (z.B. Waschmaschine, Mikrowelle)
-Peripheriegeräte (z.B. Tastatur, Modem)
-Bürotechnik (z.B. Kopierer, Schreibmaschine)
-Geräte für Freizeit, Hobby und Garten
-Automobiltechnik (z.B. ABS, Navigationssysteme)
-Öffentlicher Verkehr (z.B. Fahrkartenautomat)
-Luft- und Raumfahrttechnik
-Fertigungstechnik
-Medizintechnik, Umwelttechnik, Militärtechnik
Wie funktioniert ein Airbag-System als Beispiel für ein eingebettetes System im Automobilbau?
Ein Airbag-System misst mittels eines zentralen Sensors die Beschleunigung des Fahrzeugs. Bei einem Unfall registriert der Sensor die negative Beschleunigung, zündet einen Gasgenerator und bläst den Airbag innerhalb von Hundertstelsekunden auf. So schützt der Airbag den Insassen vor dem Aufprall auf das Lenkrad oder den Armaturenträger.
Was versteht man unter einem reaktiven System?
Ein reaktives System besteht aus Software und/oder Hardware und setzt Eingabeereignisse, deren zeitliches Auftreten meist nicht vorhergesagt werden kann, oftmals unter Einhaltung von Zeitvorgaben, in Ausgabeereignisse um.
Was ist ein hybrides System?
Ein hybrides System verarbeitet sowohl kontinuierliche (analoge) als auch diskrete Datenanteile und interagiert sowohl über kontinuierliche Zeiträume als auch zu diskreten Zeitpunkten mit seiner Umgebung. Man spricht von “datenkontinuierlich/-diskret” oder “zeitkontinuierlich/-diskret”.
Welche besonderen Herausforderungen bestehen bei der Entwicklung eingebetteter Systeme?
Die Herausforderungen umfassen:
- Verkürzung der „Time to Market“ und Erhöhung der Nutzungsadäquanz.
- Verbesserung der Beherrschbarkeit des Entwicklungsprozesses.
- Herstellung der Durchgängigkeit des Entwicklungsprozesses.
- Verbesserung der Modellierung von Zeit-, Reaktivitäts- und Verteilungsaspekten.
- Erhöhung der Zuverlässigkeit, Vorhersagbarkeit, Adaptierbarkeit und Modifizierbarkeit.
Welche zentralen Eigenschaften und Unterschiede haben eingebettete Systeme im Vergleich zu anderen Computersystemen?
Eingebettete Systeme sind reaktive Systeme, die sich durch Echtzeit-Anforderungen auszeichnen und in zahlreiche Lebensbereiche integriert sind. Sie haben andere Entwicklungsanforderungen als Büroanwendungen und müssen besondere Herausforderungen in der Softwareentwicklung bewältigen.
Welcher Prozentsatz der 2002 weltweit produzierten Prozessoren wurde in
eingebetteten Systemen verbaut?
Etwa 98 % der weltweit produzierten Prozessoren im Jahr 2002 in eingebetteten Systemen verbaut.
Warum unterscheidet sich die Entwicklung eines eingebetteten Systems
von der einer Büroanwendung?
Bei einer Büroanwendung handelt es sich um ein rein transformationelles
oder interaktives System, bei einem eingebetteten System dagegen um ein
reaktives System. Reaktive Systeme müssen im Gegensatz zu interaktiven
Systemen ständig mit ihrer Umgebung interagieren, und dies zudem in einer
von der Umgebung vorgegebenen Weise und Geschwindigkeit. Interaktive
Systeme kommunizieren zwar auch mit ihrem Benutzer, allerdings in einer
von ihnen selbst definierten Weise und Geschwindigkeit. Rein
transformationelle Systeme führen keine Kommunikation mit ihrer Umgebung.
Aus diesem Grund ist bei der Entwicklung eingebetteter Systeme das
Hauptaugenmerk auf die Verarbeitung von Signalen und Ereignissen der
Umgebung bzw. deren Beschreibung zu legen.
