Herausforderungen durch Echtzeitbetrieb : Echtzeit 2011 : Fachtagung des gemeinsamen Fachausschusses, Echtzeitsysteme von Gesellschaft für Informatik e.V. (GI), VDI/VDE-Gesellschaft für Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) und Informationstechnischer

Mit seinem Workshop 2011 zum Thema "Herausforderungen durch Echtzeitbetrieb" bietet der Fachausschuss Wissenschaftlern, Nutzern und Herstellern ein Forum an, auf dem neue Trends und Entwicklungen zu folgenden Programmschwerpunkten vorgestellt werden: Sicherheit, Mehrkernsysteme, Ausbildung, Entwurfsverfahren sowie Skalier- und Konfigurierbarkeit. Vorwort 5 Inhaltsverzeichnis 7 Sichere Kommunikation in der Automatisierungstechnik 9 1 Einleitung 9 2 Ergänzung der Automatisierungsarchitektur 12 3 Inbetriebnahmemodus; Initialisierung des Automatisierungssystems und Schlüsselgenerierung 13 3.1 Betriebsmodus; Verschlüsselung und Verschleierung der Daten 16 Literaturverzeichnis 18 An AUTOSAR-compatible microkernel for systems with safety-relevant components 19 1 Introduction 19 2 The AUTOSAR Standard 20 3 Practical Solutions 20 3.1 Data integrity based on error-detecting codes 21 3.2 Data integrity using stand-alone memory protection 22 3.3 Adding high-integrity drivers to a standard OS 22 3.4 A minimal high-integrity context switch 22 3.5 A full implementation of the AUTOSAR OS standard 23 3.6 A minimal operating system kernel 23 4 Design of the AUTOSAR-compatible Microkernel 23 4.1 Threads 24 4.2 Microkernel structure 25 4.3 Interrupts 26 4.4 Resources and interrupt locks 26 4.5 Counters and related services 26 4.6 Events 27 4.7 Hook functions 27 4.8 The thread/kernel interface 27 5 Conclusion 28 References 28 Integration zukünftiger In-Car-Multimediasysteme unter Verwendung von Virtualisierung und Multi-Core-Plattformen 29 1 Einführung 29 2 Problemstellung 30 3 Virtuelle Multi-Core-Architektur 31 4 Anwendung der VMMC als Plattform 32 5 Ausblick 34 6 Zusammenfassung 34 Literaturverzeichnis 35 Modellbasierte Generierung statischer Schedules für sicherheitskritische, eingebettete Systeme mit Multicore-Prozessoren und harten Echtzeitanforderungen 37 1 Einführung 37 2 Erstellung von statischen Schedules für Multicore-Prozessoren 38 3 Modellbasierte Generierung von statischen Schedules – Correctness by Construction 38 4 Modellierung eines Scheduling-Problems 40 4.1 Ein Beispielszenario 40 4.2 Globale Anforderungen 42 4.3 Hardware-Architektur 42 4.4 Anwendungen und ihre zeitlichen Eigenschaften 43 4.5 Externe Ressourcen 43 4.6 Zuordnung der Software auf die Hardware 44 4.7 Ergebnis 44 5 Aktuelle Arbeiten: Generierung von hierarchischen Schedules im Automobilbereich 45 Danksagung 46 Literaturverzeichnis 46 Harte Echtzeit für Anwendungsprozesse in Standard-Betriebssystemen auf Mehrkernprozessoren 47 1 Einleitung 47 2 Verwandte Arbeiten und Motivation 49 3 Umsetzung der Isolation 50 3.1 Echtzeit-Methoden 50 3.2 Kombination der Methoden 51 4 Möglichkeiten isolierter Prozesse 52 4.1 Kommunikation über gemeinsamen Speicher 52 4.2 Erweiterungen 53 5 Beispielanwendung 53 6 Messergebnisse 53 7 Zusammenfassung und Ausblick 55 Literaturverzeichnis 56 Echtzeitsysteme in Informatikunterricht und Ausbildung 57 1 Motivation 57 2 Didaktische Überlegungen zu Echtzeitsystemen 58 3 Beschreibung des Wippe-Experiments 59 3.1 Mechanischer Aufbau 59 3.2 Aufbau des Softwaresystems 60 4 Verifizierung des Wippe-Experiments 62 5 Das Wippe-Experiment im Unterricht 64 6 Zusammenfassung 65 Literaturverzeichnis 66 Forschung und Lehre im Bereich industrielle Fertigung 67 1 Einleitung 67 2 Herausforderungen der flexiblen und intelligenten Fertigung im Echtzeitbetrieb 69 Hardware 69 Software 70 3 Plattformen für Ausbildung und Forschung 72 Entwicklungswerkzeuge 73 4 Ausbildung an der Hochschule Emden/Leer 74 5 Einbindung der Studierenden in die Forschung und Entwicklung 75 6 Ausblick 75 Literaturverzeichnis 76 Umsetzung eines Online-SLAM-Verfahrens auf der Roboterplattform Volksbot-Lab 77 1 Einleitung 77 2 Simultaneous Localization and Mapping 78 3 Konzeption und Umsetzung 79 4 Evaluierung 80 5 Fazit 82 Literaturverzeichnis 82 Entwurf eines FPGA-Cores zur Simulationsbeschleunigung zeitkontinuierlicher Modelle im HiL-Kontext 83 1 Einleitung 83 2 Vorüberlegungen zur Problemstellung 84 3 Vorüberlegungen zur Architektur 85 4 LESCore-Architektur 86 5 Ergebnisse 87 Literaturverzeichnis 87 Das atomare Element als Meta-Modell zur tabellarischen Verhaltensbeschreibung von Echtzeitsystemen 89 1 Einleitung 89 1.1 Stand der Technik und verwandte Arbeiten 90 2 Das atomare Element als Meta-Modell für das Verhalten von Echtzeitsystemen 91 3 Tabellarische Echtzeit-Verhaltensbeschreibung 92 3.1 Abstrakte Testfälle und partielles Systemverhalten 92 3.2 Verwendung der abstrakten Testfälle in Testsequenzen zur Darstellung von Funktionsfolgen 94 3.3 Horizontale De-/Komposition des Verhaltens 96 3.4 Vertikale Differenzierung verschiedener Aspekte und Eigenschaften 97 4 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 97 Literaturverzeichnis 98 Einsatz von Echtzeitstrategien in der MES-Automatisierung 99 1 Einleitung 99 2 Problemstellung 100 3 Verwandte Arbeiten 101 4 Entwurfsmodell 102 5 Prozessmodellierung 102 6 Prozesskompilierung 105 7 Prozessverifikation 105 8 Zusammenfassung und Ausblick 107 Literaturverzeichnis 108 Analyse des Zusammenhangs zwischen Energiebedarf, Dienstgüte und Performanz bei der Ressourcensubstitution in Softwaresystemen 109 1 Einleitung und Motivation 109 2 Verwandte Arbeiten 110 3 Ressourcensubstitution 111 4 Fallstudie 112 4.1 Referenzsystem und Aufbau 112 4.2 Studienentwurf 114 4.3 Durchführung 114 5 Ergebnisse 115 6 Zusammenfassung und Ausblick 117 Literaturverzeichnis 118 Skalierbare Rechensysteme für Echtzeitanwendungen 119 1 Einleitung 119 2 Space Sharing 120 3 Interprozessorkommunikation 120 3.1 Mehrstufige Netze 121 3.2 Nicht-blockierungsfreie Netze 123 3.3 Blockierungsfreie Netze 123 4 Implementierung im FPGA 126 Literaturverzeichnis 128 Konzept zur Erhöhung der Flexibilität von Produktionsanlagen durch Einsatz von rekonfigurierbaren Anlagenkomponenten und echtzeitfähigen Softwareagenten 129 1 Einleitung 129 2 Stand der Technik und Forschung 131 3 Anwendungsbeispiel – flexible Einspannvorrichtung 132 4 Anwendung des agentenorientierten Ansatzes zur Flexibilisierung der Einspanneinrichtung einer NC-Fräsmaschine 133 4.1 Architektur des Agentensystems 133 4.2 Architektur des Steuerungsagenten und Wissensbasis im Redundanzmodell 134 4.3 Service-Schnittstelle zwischen Fertigungsleitrechner und Einspannagent 136 5 Evaluation 137 6 Fazit 137 7 Danksagung 138 Literaturverzeichnis 138 Flexible Echtzeitsimulationsumgebung für optische Schüttgutsortierung 139 1 Einleitung 139 2 Varianten von Simulationsumgebungen 141 2.1 Aktive Bildanzeige 141 2.2 Simulation der Zeilensensoren 142 2.3 Simulation im Framegrabber 142 3 Validierung der Simulationsumgebung 145 4 Fazit und Ausblick 148 Literaturverzeichnis 148 Front Matter....Pages i-viii Sichere Kommunikation in der Automatisierungstechnik....Pages 1-10 An AUTOSAR-compatible microkernel for systems with safety-relevant components....Pages 11-20 Integration zukünftiger In-Car-Multimediasysteme unter Verwendung von Virtualisierung und Multi-Core-Plattformen....Pages 21-28 Modellbasierte Generierung statischer Schedules für sicherheitskritische, eingebettete Systeme mit Multicore-Prozessoren und harten Echtzeitanforderungen....Pages 29-38 Harte Echtzeit für Anwendungsprozesse in Standard-Betriebssystemen auf Mehrkernprozessoren....Pages 39-48 Echtzeitsysteme in Informatikunterricht und Ausbildung....Pages 49-58 Forschung und Lehre im Bereich industrielle Fertigung....Pages 59-68 Umsetzung eines Online-SLAM-Verfahrens auf der Roboterplattform Volksbot-Lab....Pages 69-74 Entwurf eines FPGA-Cores zur, Simulationsbeschleunigung zeitkontinuierlicher Modelle im HiL-Kontext....Pages 75-80 Das atomare Element als Meta-Modell zur tabellarischen Verhaltensbeschreibung von Echtzeitsystemen....Pages 81-90 Einsatz von Echtzeitstrategien in der MES-Automatisierung....Pages 91-100 Analyse des Zusammenhangs zwischen Energiebedarf, Dienstgüte und Performanz bei der Ressourcensubstitution in Softwaresystemen....Pages 101-110 Skalierbare Rechensysteme für Echtzeitanwendungen....Pages 111-120 Konzept zur Erhöhung der Flexibilität von Produktionsanlagen durch Einsatz von rekonfigurierbaren Anlagenkomponenten und echtzeitfähigen Softwareagenten....Pages 121-130 Flexible Echtzeitsimulationsumgebung für optische Schüttgutsortierung....Pages 131-140