Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg  /   Technische Fakultät  /   Department Informatik

Verlässliche Echtzeitsysteme (SS 2021)


Eingebettete Systeme durchdringen praktisch alle Bereiche des täglichen Lebens. Immer häufiger übernehmen diese Echtzeitsysteme Aufgaben, welche hohe Anforderungen an die funktionale Sicherheit stellen. Beispiele hierfür sind Fahrerassistenzsysteme in modernen Automobilen, medizinische Geräte, Prozessanlagen oder Flugzeuge. Fehlfunktionen in diesen Anwendungen ziehen mitunter katastrophale Konsequenzen nach sich: finanzielle und materielle Schäden bis hin zu Personenschäden. Die Entwicklung sicherer und robuster Systeme gewinnt daher in der Forschung und Entwicklung zunehmend an Bedeutung.

News

09.04.2021: Aufgrund zu geringer Teilnehmerzahl muss VEZS in diesem Semester leider entfallen.(pr)
12.03.2021: Anmeldung zur Veranstaltung ist nun über StudOn möglich (§)
12.02.2021: Bitte beachten: Der aktuelle Zustand ist lediglich aus dem letzten Semester portiert. Alle angegebenen Daten und Termine sind vorläufig oder veraltet! (§)

Virtuelle Veranstaltung im Sommersemester 2021

Wichtige Hinweise: Digitalisierung der Lehrveranstaltung

Die Veranstaltung findet im Sommersemester 2021 in Form einer virtuellen Vorlesung statt.
  • Aus organisatorischen und technischen Gründen ist die Teilnehmerzahl begrenzt, daher ist eine Voranmeldung zwingend erforderlich. Die Anmeldung erfolgt über StudOn bis zum 07.04.2021, 23:59 Uhr. Sie werden bis zum 09.04.2021 (einschließlich) über den Erfolg ihrer Anmeldung informiert.
  • Bei Überbuchung ist eine Rückweisung der Anmeldung bis zum 09.04.2021 möglich.
  • Die Veranstaltung kann ohne Vorkenntnisse aus der Schwesterveranstaltung Echtzeitsysteme belegt werden. Da dies in diesem Semester für viele Studenten der Fall sein dürfte, bieten wir hier ferner für einzelne Themenfelder bei Bedarf gezielte Vertiefungsangebote.
  • Wie in der Lehrveranstaltung Echtzeitsysteme werden jedoch Programmierkenntnisse in C/C++ vorausgesetzt (vgl. Voraussetzungen Echtzeitsysteme und Fragebogen Programmierkenntnisse auf der Veranstaltungswebsite der LV Echtzeitsysteme).
  • Der Übungsbetrieb findet in Zweiergruppen statt. Präsenzübungen sind aufgrund der angespannten Infektionslage nicht vorgesehen.
Für Fragen erreichen Sie uns in der Zwischenzeit über unsere Mailingliste.

Änderungen am Veranstaltungskonzept

Durch den Wegfall aller Präsenzanteile ergeben sich eine Reihe von fundamentalen Änderungen im Veranstaltungskonzept, welches wir bis auf weiteres umsetzen. Grundsätzlich folgt die Organisation in weiten Teil dem Konzept des Inverted Classroom. Entsprechend erfolgt die Stoffvermittlung durch Eigenarbeit zuhause. In den virtuellen Unterrichtseinheiten erfolgt letztlich die Anwendung und Reflexion des erarbeiteten Wissens.

Die wesentlichen Eckpunkte dieses Konzepts sind:

  • Die Lehrinhalte der bisherigen Vorlesung und Tafelübung werden von uns durch Videos und Screencasts vorab bereitgestellt.
  • Die Vorlesung wandelt sich zu einer wöchentlichen, virtuellen Diskussionsrunde für den gesamten Stoff.
  • Die Tafelübung in ihrer bisherigen Form entfällt; Diskussion und Fragen werden im Rahmen der gemeinsamen virtuellen Diskussionsrunde am Vorlesungstermin aufgegriffen.
  • Virtuelle Gruppenarbeit: Die Übungen werden in (virtuell kollaborierenden) Zweiergruppen bearbeitet und elektronisch abgegeben. Die verteilte Versionsverwaltung git wird im Rahmen der Übungen vermittelt und dient als Kollaborations- und Abgabewerkzeug
  • Die Rechnerübung wandelt sich zu regelmäßig angebotenen virtuellen Beratungsrunden, in welchen durch Teilen des Bildschirms auch Implementierungsfragen gelöst werden können.

Hinweis: Durch die Beschränkungen einer rein virtuellen Betreuung müssen wir den Implementierungsanteil in handhabbaren Grenzen halten. Da sich die erweiterten Übungen im Wesentlichen durch einen erhöhten Implementierungsaufwand auszeichnen, können wir diese leider nicht anbieten. Entsprechend entfällt im Sommersemester 2021 die Variante mit 7,5 ECTS.

Konferenzsoftware

Die Fragestunde der Lehrveranstaltung erfolgt über Zoom, den Link hierzu geht Ihnen nach Anmeldeschluss per Email zu. Informationen zur Installation und Nutzung finden Sie auf den Seiten des RRZE, dort finden Sie ferner Informationen zu Sicherheit & Datenschutz. Sollten Sie sich für die Nutzung mittels Browser entscheiden, so haben unsere eigenen initiale Tests gezeigt, dass die Nutzung mittels chromium-basierter Browser am zuverlässigsten funktionierte.
Sie könne bereits vorab die korrekte Funktionsweise Ihres Systems über ein Zoom-Testmeeting überprüfen. Wir raten Ihnen dringend, von dieser Möglichkeit Gebrauch zu machen.

Weiterhin bitten wir Sie, in den Audio- und Videokonferenzen dringend eine Hörsprechgarnitur oder zumindest Kopfhörer zu verwenden, um die eigene Verständlichkeit zu erhöhen und die Entstehung von Störsignalen (Rauschen, Rückkopplung, etc.) einzuschränken.

In der Rechnerübung kommt die Webkonferenzlösung Jitsi-Meet zum Einsatz. Bitte testen Sie auch hier frühzeitig die Funktionalität vor allem auch der "Bildschirm-Teilen"-Funktionalität (unten links) auf der Instanz des Rechenzentrums. Eine Anleitung finden Sie auch hier auf den Seiten des Rechenzentrums sowie in unserem Screencast zum Thema Rechnerübungen. Auch hier empfiehlt sich bei Problemen die Nutzung eines chromium-basierten Browsers.

Inhalt der Vorlesung

Während sich die Echtzeitsysteme den zeitlichen Aspekten der Systementwicklung widmet, rücken in Verlässliche Echtzeitsysteme Methoden und Techniken für die Entwicklung zuverlässiger Systeme in den Mittelpunkt - schließlich ist Rechtzeitigkeit keine hinreichende Eigenschaft sicherheitskritischer Systemen. Beide Veranstaltungen sind unabhängig voneinander durchführbar, ergänzen sich jedoch in optimaler Weise. Ziel der Vorlesung ist die zuverlässige Entwicklung von Software (frei von internen Fehlern) ebenso wie die Entwicklung zuverlässiger Software (robust gegenüber äußeren Fehlern). Im Fokus steht hierbei weniger die Vermittlung theoretischer Grundkenntnisse, sondern vielmehr deren praktischer Einsatz in Form von:

  • Fehlersuche und -vermeidung: funktional, räumlich und zeitlich,
  • unter Einsatz existierender Werkzeuge und Methoden wie sich auch in der Industrie zum Einsatz kommen.
  • Robuste Echtzeitsysteme durch Fehlertoleranz und Verteilung
Auf diese Weise wird ein Fundament für die konstruktive Umsetzung verlässlicher Echtzeitsysteme gelegt werden. Dieses Modul vermittelt daher fundierte Anknüpfungspunkte für die Entwicklung verlässlicher Echtzeitsysteme.

Weitere Informationen zur Vorlesung...

Inhalt der Übung

Im Rahmen der Übungen werden ausgewählte Vorlesungsinhalte mit besonderem Fokus auf deren praktischer Anwendung vertieft. Zum Einsatz kommen hierbei sowohl aktuelle Ansätze und Methoden aus der Forschung, als auch Werkzeuge und Techniken aus dem industriellen Umfeld. Hierzu zählt insbesondere auch die Fehlersuche mittels Debugger und die Codeanalyse mit der aiT-Toolchain (WCET-Analyse, Stack-Analyse, Abstrakte Interpretation mit Astrée).

Im Verlauf des Semesters wird die Verwendung der verschiedenen Techniken und Werkzeuge in den verschiedenen Phasen der Produktentwicklung aufgezeigt, indem ein solcher Entwicklungszyklus simuliert wird.

Weitere Informationen zur Übung...

Dozenten und Betreuer

Dr.-Ing. Peter Wägemann Simon Schuster, M.Sc. Phillip Raffeck, M.Sc, Florian Schmaus, M.Sc.

Terminübersicht (Wochenplanung)

Mo Di Mi Do Fr
08:00
09:00
10:00
11:00
12:00
12:15 - 13:45
EZS2
(Wägemann)
Zoom-Meeting
12:15 - 13:45
Ü EZS2
(Schuster)
Zoom-Meeting
12:15 - 13:45
RÜ EZS2
(Schuster)
Zoom-Meeting
13:00
14:00
14:15 - 15:45
RÜ EZS2
(Schuster)
Zoom-Meeting
15:00
16:00
17:00

Überschneidung: Mo von 12:15 bis 13:45

Terminübersicht (Semesterplan)

Ablauf von Vorlesung und Übungsaufgaben im Überblick: Die Abgabe der Aufgaben findet im Rahmen der regulären Übung statt und erfolgt durch Demonstration eurer Lösung am Rechner.

KWMoDiMiDoFrThemen
15 12.04 13.04 14.04 15.04 16.04 Material 1: Organisation (Vorlesung)
Material 1: Einleitung
Material 1: Organisation (Übung)
Material 1: Einführung in den Umgang mit git (Übung)
Fragestunde 1 Rechnerübung
Material 1
Ausgabe A1
16 19.04 20.04 21.04 22.04 23.04 Material 2: Grundlagen
Material 2: Implementieren eines Filters mit Festkommaarithmetik (Übung)
Fragestunde 2 Rechnerübung Fester Termin A1
Material 2
Ausgabe A2
Rechnerübung
17 26.04 27.04 28.04 29.04 30.04 Material 3: Fehlertoleranz durch Redundanz
Material 3: Triple Modular Redundancy (Übung)
Fragestunde 3 Rechnerübung
Material 3
Rechnerübung
Ausgabe A3
18 03.05 04.05 05.05 06.05 07.05 Material 4: Codierung
Fragestunde 4 Rechnerübung Fester Termin A2
Material 4
Rechnerübung
19 10.05 11.05 12.05 13.05 14.05 Material 5: Fehlerinjektion
Material 5: EAN Codes und Fehlerinjektion (Übung)
Fragestunde 5 Rechnerübung Christi Himmelfahrt
Material 5
Rechnerübung
Ausgabe A4
20 17.05 18.05 19.05 20.05 21.05 Material 6: Dynamisches Testen
Material 6: Testen (Übung)
Fragestunde 6 Rechnerübung Fester Termin A3
Material 6
Rechnerübung
Ausgabe A5.1
21 24.05 25.05 26.05 27.05 28.05
Pfingstmontag Rechnerübung
22 31.05 01.06 02.06 03.06 04.06 Material 7: Grundlagen der statischen Programmanalyse
Fragestunde 7 Rechnerübung Fronleichnam Fester Termin A4
Material 7
Rechnerübung
Ausgabe A5.2
23 07.06 08.06 09.06 10.06 11.06 Material 8: Verifikation nicht-funktionaler Eigenschaften, Stack- und WCET-Analyse
Fragestunde 8 Rechnerübung Fester Termin A5.1
Material 8
Rechnerübung
Ausgabe A5.3
24 14.06 15.06 16.06 17.06 18.06 Material 9: Verifikation funktionaler Eigenschaften: Design-by-Contract
Material 9: Stackverbrauchs Analyse (Übung)
Fragestunde 9 Rechnerübung Fester Termin A5.2
Material 9
Rechnerübung
Ausgabe A6
25 21.06 22.06 23.06 24.06 25.06 Material 10: Industrievortrag: Platform Software for Safety-Critical Multicore Systems
Fragestunde 10 Rechnerübung Fester Termin A5.3
Material 10
Rechnerübung
26 28.06 29.06 30.06 01.07 02.07 Material 11: Fallstudie Reaktorschutzsystem
Material 11: Abstrakte Interpretation (Übung)
Fragestunde 11 Rechnerübung Fester Termin A6
Material 11
Rechnerübung
Ausgabe A7
27 05.07 06.07 07.07 08.07 09.07 Material 12: Zusammenfassung & Fragestunde
Fragestunde 12 Rechnerübung
Material 12
Rechnerübung
28 12.07 13.07 14.07 15.07 16.07
Fragestunde 13 Rechnerübung
Rechnerübung Fester Termin A7

Prüfung

In der Veranstaltung kann u.a. in folgenden Prüfungen verwendet werden:

  • Bachelor/Master: Modul Echtzeitsysteme 2 mit 5 ECTS (7.5 ECTS entfällt im Sommersemester 2021)
  • Kombinationsmodule mit 7.5, 10 oder 15 ECTS in Abhängigkeit vom Studiengang. (entfallen ggf. im Sommersemester 2021)

Für weitere Informationen zur Prüfung konsultieren Sie bitte Ihre Prüfungsordnung oder das Prüfungsamt.

Kontakt

Bei Fragen zu Vorlesung oder den Übungen wenden Sie sich bitte an die Mailingliste:
Dabei erreichen Sie unter i4ezs-owner@lists.cs.fau.de ausschließlich die Betreuer.
Für allgemeine Fragen, welche alle Teilnehmer betreffen, wie etwa Unklarheiten in der Aufgabenstellung, aber auch Bekanntmachungen unsererseits, existiert darüber hinaus die reguläre Mailingliste i4ezs@lists.cs.fau.de. Wir empfehlen allen Teilnehmern ausdrücklich die Anmeldung.