Introduction to embedded systems Flashcards
Was sind eingebettete Echtzeitsysteme?
Computer, deren Aufgabe nicht in erster Linie die Verarbeitung von Informationen, sondern vielmehr die Interaktion mit physikalischen Prozessen ist.
Nennen Sie Beispiele für eingebettete Echtzeitsysteme.
- Kfz-Steuergeräte
- Luftfahrtelektronik
- Medizinische Geräte
- Industrielle Steuerung
- Energiemanagement und -einsparung
Wann ist ein Computer System “Real-Time”?
Ein Echtzeit-Computersystem ist ein Computersystem, 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 eine Deadline und wie wird sie festgelegt?
- Eine Deadline ist der Zeitpunkt, zu dem die Ergebnisse vorgelegt werden müssen
- Die Deadline wird von der Umgebung des Echtzeit Systems festgelegt bzw. vorgeschrieben
Was sind die Komponenten eines Echtzeitsystems?
- Operator (Operator Cluster)
- Man-Machine Interface
- Real-Time Computer System (Computational Cluster)
- Instumentation Interface (Controlled Cluster)
Was sind die Eigenschaften (Characteristics) eines Echtzeitsystems?
- Computational Systems
- Integral with physical processes
- Reactive
- Heterogeneous
- Networked
Was sind funktionale Anforderungen eines Echtzeitsystems?
- Data Collection
- Signal Conditioning
- Alarm Monitoring
- Direct Digital Control
Was ist Data Collection?
- Datenerhebung
- Beobachtung von Echtzeit-Entitäten in kontrollierten Clustern
- Einrichtung einer Echtzeit-Datenbank mit gesammelten Beobachtungen
Was ist Signal Conditioning?
- Signalaufbereitung
- Gewinnung aussagekräftiger Messdaten aus den Sensor Rohdaten
- Mittelwertbildung, Kalibrierung von Messungen
- Berücksichtigung von Zusammenhängen von Echtzeiteinheiten
Was ist Alarm Monitoring?
- Alarm Überwachung
- Kontinuierliche Überwachung von Echtzeit-Einheiten
- Identifizierung von Primärereignissen und Sekundäralarmen
Was ist Direct Digital Control?
- Direkte Digitale Steuerung
- Berechnung von Sollwerten für Stellglieder
Wozu dient der Steuerungsprozess?
Der Steuerungsprozess bewirkt, dass eine Systemvariable einen gewünschten Wert annimmt
Was ist ein Steuerungssystem?
Ein Steuerungssystem ist eine Zusammenschaltung von Komponenten zu einer Systemkonfiguration, die eine gewünschte Systemreaktion ermöglicht
Welche Bestandteile hat ein Steuerungssystem?
- System, 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 Unregelmäßigkeiten in den Control loop -> Wirkt sich nachteilig auf die Qualität der Steuerung aus
- Bringt Ungewissheit über den Zeitpunkt, wann die Real-Time Entity beobachtet wurde
Welche Deadline Arten gibt es?
- Soft Deadline
- Firm Deadline
- Hard Deadline
Was ist eine Soft Deadline?
- Ergebnis ist auch nach Ablauf der Deadline noch brauchbar
- Beispiele: Multimediasysteme, User Interfaces oder Bankautomaten
Was ist eine Firm Deadline?
- Ergebnis hat nach Ablauf der Deadline keinen Nutzen mehr
- Beispiele: Abspielen von Musik oder Video
Was ist eine Hard Deadline?
- Nach Ablauf der Deadline könnte eine Katastrophe passieren
- Beispiele: Bremssytem im Auto, Airbag, Autopilot im Flugzeug
Was bezeichnet man als ein hartes Echtzeitsystem?
Ein Real-Time Computersystem, das mindestens eine harte Deadline einhalten muss
Wie lauten die Anforderungen an die Zuverlässigkeit eines Echtzeitsystems?
- Verlässlichkeit (Reliability)
- Sicherheit (Safety)
- Instandhaltbarkeit (Maintainability)
- Verfügbarkeit (Availabilty)
Was ist Verlässlichkeit?
- Eine Anforderung and die Zuverlässigkeit eines Echtzeitsystems
- Wahrscheinlichkeit, dass ein System die angegebene Leistung bis zum Zeitpunkt t erbringt, vorausgesetzt, dass System war zu t=t0 betriebsbereit
Was ist Sicherheit?
- Eine Anforderung an die Zuverlässigkeit eines Echtzeitsystems
- Zuverlässigkeit in Bezug auf kritische Fehlerarten (Beispiele: Safety Integrity Levels, ASIL Level, Rics Class)
Welche Avionic Critical Levels gibt es?
- A: Katastrophal
- B: Gefährlich
- C: Groß
- D: Klein
- E: Kein Effekt
Was ist Instandhaltbarkeit?
- Eine Anforderung an die Zuverlässigkeit eines Echtzeitsystems
- Zeit, die benötigt wird, um ein System zu reparieren, nachdem ein Fehler aufgetreten ist
Was ist Verfügbarkeit?
Maß für die Erbringung einer korrekten Dienstleistung in Bezug auf Abwechslung von richtiger und falscher Dienstleistung
Auf welche zwei Basen kann man ein Echtzeitsystem klassifizieren?
- Basis der externen Anforderungen
- Basis der Implementierung
Was gehört zur Basis der externen Anforderungen?
- Hard Real-Time vs. Soft Real-Time
- Fail-Safe vs. Fail-operational
Was gehört zur Basis der Implementierung?
- Guaranteed Timeliness vs. Best Efford
- Resource Adequancy - ja oder nein
- Event-Triggered vs. Time-Triggered
Was ist ein Fail-Safe System?
- Ein System ist ausfallsicher, wenn es in der Umgebung einen safe state gibt, der im Falle eines Systemausfalles erreicht werden kann
- Bei einem ausfallsicheren System muss der Computer über eine hohe Fehlererkennungsrate verfügen
- Fail Safeness ist ein Merkmal der Anwendung, nicht des Computersystems
Was ist ein Fail-operational System?
- Ein System ist fail-operational, wenn es keinen safe state gibt, der bei einem Systemausfall erreicht werden kann
- Bei fail-operational Systemen muss das Computersystem auch nach dem Auftreten eines Fehlers ein Mindestmaß an Leistung erbringen
Was bedeutet Guaranteed Timeliness?
- Eine Systemimplementierung bietet garantierte Pünktlichkeit, wenn innerhalb der spezifizierten Load- und Fault-Hypothese die zeitliche Korrektheit durch analytische Argumente nachgewiesen werden kann
- Es müssen ausreichend rechnerische Ressourcen für den specific peak load und fault Szenarios vorhanden sein
Was bedeutet Best Efford?
- Eine Systemimplementierung ist bestmöglich, wenn die zeitliche Korrektheit nicht analytisch belegt werden kann
- Die zeitliche Verifikation von Best-Efford-Systemen stützt sich auf Wahrscheinlichkeitsargumente, auch bei vorgegebener Load- und Fault-Hypothese
Sollten harte Echtzeitsysteme auf Guaranteed Timeliness oder Best Efford basieren?
Harte Echtzeitsysteme sollten auf Guaranteed Timeliness basieren
Was ist ein rare event und welche Auswirkungen hat es?
- Ist ein wichtiges Event, welches sehr unregelmäßig während der Lebenszeit eines Systems auftritt
- Kann zu vielen zusammenhängenden Serviceanfragen führen
- 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
Was ist ein state?
Ein state ist ein Zustand, der für ein real-time Intervall bestehen bleibt
Was ist ein Event?
- Ist ein Ergebnis zu einem bestimmten Zeitpunkt
- Nur die Konsequenzen eines Events können beobachtet werden
Was ist eine state Information?
Informiert über die Eigenschaften von Zuständen zum Zeitpunkt der Beobachtung (selbst ein event)
Was ist eine event Information?
Informiert über den Unterschied in den Eigenschaften der Zustände unmittelbar vor und nach dem Eintreten des Ereignisses und eine Schätzung des Zeitpunktes des Eintretens des Ereignisses
Was ist ein Trigger?
Ein Steuersignal für Aktivitäten, zum Beispiel senden und empfangen von Nachrichten
Wann ist ein System Time-Triggered?
- Ein Echtzeitsystem ist zeitgesteuert, wenn Steuersignale/Trigger aus der (globalen) Zeit abgeleitet werden
- Beispiel: Busfahrplan
Wann ist ein System Event-Triggered?
- Ein Echtzeitsystem ist ereignisgesteuert, wenn die Steuersignale aus Ereignissen abgeleitet werden
- Beispiel: Anruf bei Taxiunternehmen
Wie lauten die zeitlichen Anforderungen eines Echtzeitsystems?
- Temporal accuracy of real-time data
- Maximum response time
- Predictability
Was bedeutet Temporal accuracy of real-time data?
Die Datenelemente, die dem Operator angezeigt werden, müssen zeitlich genau sein
Was bedeutet Maximum response time?
Das maximale real-time Intervall zwischen einem Reiz und der Reaktion muss bekannt und begrenzt sein
Was bedeutet Predictability?
Das zeitliche Verhalten muss vorhersehbar sein, selbst bei einem seltenen Ereignis
Was ist die Wort-Case Execution Time (WCET)?
Sie gibt die längste Zeit an, die ein Programm auf einer bestimmten Plattform zur Ausführung benötigen kann
Wozu dient das Control Schema und welche gibt es bei Echtzeitsystemen?
- Das Control Schema bestimmt, zu welchem Zeitpunkt die Ausführung einer ausgewählten Aktion beginnt
- Logical Control
- Temporal Control
Was ist ein Logical Control Schema?
Das Logical Control Schema befasst sich mit dem Kontrollfluss innerhalb einer Aufgabe, um die angegebene Datentransformation zu realisieren
Was ist ein Temporal Control Schema?
- Dem Temporal Control Schema geht es um den Zeitpunkt, zu dem eine Aufgabe gestartet werden soll oder wann sie von einer dringlicheren Aufgabe verdrängt werden kann
- Eng verwandt mit Scheduling
Was sind Merkmale für distributed Echtzeitsysteme?
- Mass Production
- Static Structure
- Minimal Man-Machine Interface
- Minimization of Mechanical Subsystems
- Maintenance Strategy
- Ratio of development cost and production cost
