Software-Engineering II Eingebettete Systeme, Softwarequalität, Projektmanagement

1. Software-Engineering IIEingebettete Systeme, Softwarequalität, Projektmanagement Prof. Dr. Holger Schlingloff Institut für Informatik der Humboldt Universität und Fraunhofer Institut für Rechnerarchitektur und Softwaretechnik

2. Übersicht • 0. Einleitungsbeispiel (Mars Polar Lander) • 1. Eingebettete Systeme • 1.1. Definitionen (eingebettetes System,Realzeit, Prozess, Steuerung, …) • 1.2. Anforderungsanalyse

3. Realzeitsysteme • „meistens Realzeitabhängigkeit“ als kennzeichnendes Merkmal • Begriffe „eingebettetes System“ und „Realzeitsystem“ werden manchmal gleichgesetzt • umgangssprachlich • „in Echtzeit“ heißt die Transformation von Daten (Encoding/Decoding) erfolgt in der selben Geschwindigkeit wie der Dateneingang • Hier allgemeinere Definition • nicht nur korrekte, sondern auch zeitgerechte Erbringung einer Leistung ist wichtig • nicht: „möglichst schnell“ • Definition nach DIN 443000 • Ein Betrieb eines Rechensystems, bei dem Programme zur Verarbeitung anfallender Daten ständig betriebsbereit sind, derart, dass die Verarbeitungsergebnisse innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne verfügbar sind.

4. Zeitschranken • „innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne verfügbar“ bedeutet: obere und untere Schranke können garantiert werden • Beispiel Ampel • Wenn der Knopf gedrückt wird, schaltet die Ampel frühestens nach 10 s und spätestens nach 120 s • Beispiel Antiblockiersystem • Zeitkritikalität offensichtlich • untere und obere Schrankenfür die Druckphase • Regelbereich 10-1s (langsam) • Garbage collection?Multitasking?Caching? aus [Fränzle]

5. Harte und weiche Echtzeit Oftmals spielt nur die obere Zeitschranke eine Rolle(Zeit bis zur unteren Schranke durch Wartezeit aufgefüllt) • Weiche Echtzeitanforderung • Wenn das Ergebnis nicht innerhalb der geforderten Zeit erbracht wird, verschlechtert sich die Dienstqualität • Beispiel: streaming video decompression • Harte Echtzeitanforderung • Wenn das Ergebnis nicht innerhalb der geforderten Zeit erbracht wird, ist es wertlos, und der Dienst kann überhaupt nicht erbracht werden • Beispiel: Reaktorabschaltung im Atomkraftwerk • Anmerkungen • Unterscheidung nicht immer offensichtlich • Mittelharte Anforderungen möglich (boxcar-Protokoll) • Superweiche Anforderungen (kaum Echtzeit)

6. Klassifizierung von Echtzeitsystemen • Härte der Zeitanforderungen • Standard- versus Spezialbetriebssystem • zeitgesteuert (sampling / polling) oder ereignisgesteuert (interrupts) • Kontrollschleife versus Multitasking • Scheduling-Verfahren • …

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8. Prozess • lat. procedere = voranschreiten; PPP: processus • DIN 66201: „Umformung und/oder den Transport von Materie, Energie und Informationen von einem Anfangszustand in einen Endzustand nach genau festgelegten Regeln“ • technischer Prozess: Verarbeitung von Materie / Energie • Rechenprozess / Informatikprozess: Verarbeitung von Information • Prozesse sind immer zeitabhängig! („Prozessausführung“ ist ein Pleonasmus) • Prozesse werden von entsprechenden Systemen ausgeführt

9. Prozessarten • Stetige bzw. kontinuierliche Prozesse • kontinuierlicher Strom von Ein/Ausgangsgrößen • meist physikalische Größen mit kontinuierlichen Wertebereichen • Beispiele: chemische/petrochemische Prozesse, Bewegungen, analoge Signalverarbeitung, … • (Zeit-) diskrete bzw. unstetige Prozesse • diskrete Elemente oder Schritte • digitale Größen und Ereignisse • Beispiele: Berechnungen, Stückgutfertigung, Computernetze, … • Hybride Prozesse • Kombination von diskreten und stetigen Prozessen • Folgeprozesse, die sich wechselweise auslösen • Beispiele: Stücke auf Förderband, digitale Signalverarbeitung, … kognitive Prozesse?

10. Hybride Systeme • Systeme, die hybride Prozesse ausführen • Im allgemeinen erforderlich: Verarbeitung zeitkontinuierlicher Werte (Druck, Temperatur, Schall, …) • AD-DA-Wandlung • Beispiel: ISDN-Telefon • Realzeitsysteme sind spezielle hybride Systeme • Realzeituhr kann als spezielle stetige Größe aufgefasst werden (t´=1) • Wert der Uhr als Eingangsgröße der Berechnung in einem Realzeitprozess • Umkehrung gilt nicht immer (Beispiel?)

11. Technische Systeme und Prozesse • Wikipedia: Technik (altgriechisch τεχνη [téchne], „Fähigkeit, Kunstfertigkeit, Handwerk“) Verfahren und Fähigkeiten zur praktischen Anwendung der Naturwissenschaften und zur Produktion industrieller, handwerklicher oder künstlerischer Erzeugnisse • Erinnerung: • Technische Systeme: zur Verarbeitung von Materie oder Energie • z.B. Aufbereitung von Materialien zu Produktions- oder Konsumgütern • Umgangssprachliche Bedeutungserweiterung! • Rechensysteme / Informatiksysteme: zur Verarbeitung von Informationen • technische Prozesse sind daher gekennzeichnet durch materielle Zustandsgrößen (Position, Bewegung, Temperatur, Druck, Spannung, …) • diese werden durch Sensoren (Messwertaufnehmer, Messfühler) erfasst, können durch Aktuatoren (Stellglieder) verändert werden • Lichtsensor, Winkelgeber, Thermometer, Drucksensor, Kontaktsensor, … • Motoren, Ventile, Relais

12. Steuern und Regeln • DIN 19226 • Steuerung ist ein Vorgang in einem System, bei dem eine oder mehrere Größen als Eingangsgrößen die Ausgangsgrößen auf Grund der dem System eigentümlichen Gesetzmäßigkeiten beeinflussen. • Regelung ist ein Vorgang, bei dem fortlaufend eine Größe, die Regelgröße (zu regelnde Größe), erfasst, mit einer anderen Größe, der Führungsgröße, verglichen und im Sinne einer Angleichung an die Führungsgröße beeinflusst wird. • Unterschied: bei der Regelung liegt ein geschlossener Regelkreis vor, bei der Steuerung nicht unbedingt • Im englischen immer control, Verwechslungsgefahr! (open loop control and closed loop control)

13. Stellgröße Regelgröße Sollwert Stellglied Strecke (Plant) Störgröße Stellglied(Aktuator) Reglersignal Stellgröße Regelgröße Sollwert Regler Regelstrecke (Führungs- größe) Istwert Messglied(Sensor) (Rückführungsgröße) • Steuerung • Beispiel: Heizung ohne Thermostat • Regelung • Beispiel: Heizung mit Thermostat

14. Regelung Strecke Aktuatoren Regelung Sensoren techn. System Umwelt andere Bilder dafür