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

Verlässliche Echtzeitsysteme - Vorlesung

Voraussetzungen

Der Besuch der Veranstaltung Echtzeitsysteme (EZS) ist keine notwendige Voraussetzung für den Besuch und das Verständnis dieser Vorlesung. Für die Teilnahme an der Veranstaltung sind Kenntnisse in der Programmiersprache C, z.B. aus einer der Veranstaltungen SPiC, GSPiC oder SP hilfreich. Darüber hinaus ist ein gewisses Durchhaltevermögen und Interesse an system- und hardwarenaher Programmierung gefragt.

Gliederung und Vorlesungsfolien

Die Vorlesungsfolien werden im PDF-Format als animierte Folien und als Handout im Format DIN A4 angeboten.

Die Folien bilden den roten Faden durch die Vorlesung. Sie können (und sollen) eine ergänzende Vorlesungsmitschrift oder die ausführliche Erläuterung der Themen in der Fachliteratur nicht ersetzen!

Die Folien, Videos und Screencasts liegen noch nicht vollständig vor und werden jeweils rechtzeitig zum Start der Bearbeitungswoche bereitgestellt.


All slides are copyrighted © 2012-13 by Fabian Scheler and © 2014-20 by Peter Ulbrich University of Erlangen-Nürnberg, Germany. Use without prior written permission of the authors is not permitted!

Hinweis: Die hier verlinkten Videos sind aus den Netzen der Universität sowie per VPN ohne Passwort zugänglich. Teilnehmer der Veranstaltung erhalten Zugangsdaten zur Nutzung ohne VPN in der initialen Anmeldebestätigung per Email.

Der Großteil der Videos wurde im Sommersemester 2020 aufgezeichnet. Sofern nötig, wurden diese neu eingespielt. Sollten sich dennoch veraltete Daten oder ins SS20 verweisende Links in den Videos finden, bitte entsprechend durch WS20 ersetzen (und uns mitteilen).

Kapitel Start Thema
1 KW45
Kapitel Folien Video Screencast
0. EZS Grundlagen (in 10 Minuten) |
1. Organisatorisches |
2 KW45
Kapitel Folien Video Screencast
2. Einleitung |
2.1. Therac-25
2.2. Ariane 5
2.3. Mars Climate Orbiter
3 KW46
Kapitel Folien Video Screencast
3. Grundlagen |
3.1. Begriffsdefinition: Fehler
3.2. Verlässlichkeitsmodelle
3.3. Fehler und Systementwurf
3.4. Software- und Hardwarefehler
Fehlertoleranz
4 KW47
Kapitel Folien Video Screencast
4. Fehlertoleranz durch Redundanz |
4.1. Grundlagen
4.2. Strukturelle Redundanz
4.3. Umsetzungsalternativen und Beispiele
4.4. Diversität
5 KW48
Kapitel Folien Video Screencast
5. Codierung |
5.1. Grundlagen
5.2. Arithmetische Codierung
5.3. Heterogener Einsatz von Redundanz
6 KW49
Kapitel Folien Video Screencast
6. Fehlerinjektion |
6.1. Grundlagen
6.2. Fehlerinjektionstechniken
6.3. Auswertung und Interpretation
Fehlervermeidung
7 KW50
Kapitel Folien Video Screencast
7. Dynamisches Testen |
7.1. Testarten und Konzepte
7.2. Bewertung von Testfällen
7.3. Durchführung und Testumgebung
8 KW51
Kapitel Folien Video Screencast
8. Grundlagen der statischen Programmanalyse |
8.1. Vom Testen zur Verifikation
8.2. Abstraktion der Programmsemantik
8.3. Analyse & Vereinfachung
9 KW52
Kapitel Folien Video Screencast
9. Verifikation nicht-funktionaler Eigenschaften |
9.1. Speicherverbrauch
9.2. Ausführungszeit
10 KW01
Kapitel Folien Video Screencast
10. Verifikation funktionaler Eigenschaften: Design-by-Contract |
10.1. Grundlagen
10.2. Formale Spezifikation
10.3. Praktische Überlegungen
Abschluss
X KW02
Kapitel Folien Video Screencast
Industrievortrag: Platform Software for Safety-Critical Multicore Systems

Vortragende

Isabella Stilkerich, Schaeffler AG, Herzogenaurach

Kurzfassung

Die Mechantronik-Abteilung der Firma Schaeffler Technologies beschäftigt sich u. a. mit der Plattform- Entwicklung von Software für den Antrieb elektrischer Maschinen. Hierbei werden sowohl Basissoftware (z. B. Treiber, Kommunikations- und Betriebsystemdienste) als auch Regelungsalgorithmen auf Anwedungsebene geschaffen. Schaeffler möchte mit dieser Herangehensweise die Wiederverwendung von Software-Bestandteilen in den Projekten erhöhen. Kontinuierlich werden einzelne Regelungsalgorithmen für eine Anwendungsbibliothek modellbasiert entwickelt. Die Modelle müssen so generisch wie möglich für den Plattformansatz gehalten werden, um möglichst viele Anwendungsvarianten bedienen zu können. Hierbei setzt sich eine Variante aus einer projektspezifischen Kombination von Modulen aus der Regelungsbibliothek und maßgeschneiderten aus der Basissoftware zusammen. Diese werden dann integriert auf ein Steuergerät gebracht. Dieses Vorgehen ist aktuell zwar vorteilhaft für Flexibilität und Wiederverwendbarkeit, es bringt aber viele Herausforderungen mit sich. Die generischen Modelle berücksichtigen zum einen nicht die Zielrechen-Hardware. In den verschiedenen Projekten kann beispielsweise immer wieder ein anderes Mikrokontrollerderivat eingesetzt werden, bei dem die Speicherausstattung variiert. Zum anderen hat jedes Projekt unterschiedliche Anforderungen an funktionale Sicherheit und Laufzeiteffizienz. In diesem Vortrag soll dargelegt werden, wie diese verschiedenen Qualitätsziele der Plattform-Architektur berücksichtigt werden können.

11 KW03
Kapitel Folien Video Screencast
11. Fallstudie Reaktorschutzsystem |
11.1. Sizewell B
12 KW04
Kapitel Folien Video Screencast
12. Zusammenfassung |

Fragestunde

Die von uns jeweils am Anfang der Woche bereitgestellten Materialen (Vorlesung und Übung) werden eigenverantwortlich bearbeitet. Die ursprüngliche Präsenzveranstaltung (Vorlesung) wird in der virtuellen Auslegung zu einer Fragestunde beziehungsweise zum gemeinsamen Erarbeiten von praktischen Lehrinhalten genutzt. Das aktuelle Thema der Fragestunde richtet sich nach dem Fortschritt in den bereitgestellten Materialien, d.h. also stets zum aktuellen Kapitel der Vorlesung und zu den noch offenen Übungsaufgaben. Zudem werden die Lernziele der Übungsaufgaben nach Abgabe diskutiert.

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.

Literatur

Zur Begleitung und Vertiefung des Vorlesungsinhalts kann auf folgende Fachbücher zurückgegriffen werden:

  • Michael Lyu, editor. Software Fault Tolerance, volume 3 of Trends in Software. John Wiley & Sons, Inc., 1995. http://www.cse.cuhk.edu.hk/~lyu/book/sft/.
  • Shubu Mukherjee. Architecture Design for Soft Errors. Morgan Kaufmann Publishers Inc., San Francisco, CA, USA, 2008.
  • Olga Goloubeva, Maurizia Rebaudengo, Matteo Sonza Reorda, and Massimo Violante. Software-Implemented Hardware Fault Tolerance. Springer-Verlag, 233 Spring Street, New York, NY 10013, USA, 2006.
Hierbei ist aber zu beachten, dass sich der Inhalt der Vorlesung nicht streng an einem dieser Bücher orientiert und sich keineswegs auf diese Bücher beschränkt. Die gezielte Aufarbeitung der einzelnen Vorlesungskapitel kann anhand der Literaturhinweise am Ende der jeweiligen Foliensätze erfolgen. Grundlegende Erläuterungen zu den Fachbegriffen und Grundtechniken fehlertoleranter Systeme sollten darüber hinaus in jedem Fachbuch vermittelt werden, das sich mit diesem Themengebiet befasst.

UnivIS-Informationen zur Vorlesung

Echtzeitsysteme 2 - Verlässliche Echtzeitsysteme (EZS2)

Dozentinnen/Dozenten
Dr.-Ing. Peter Wägemann, Prof. Dr.-Ing. Peter Ulbrich, Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Schröder-Preikschat

Angaben
Vorlesung
Online
2 SWS
für Gasthörer zugelassen, Sprache Deutsch
Asynchrone Lehrveranstaltung, Video-Aufzeichnungen asynchron + Besprechung zur Vorlesung in Zoom-Meeting synchron
Zeit: Mo 12:15 - 13:45, Zoom-Meeting

Studienfächer / Studienrichtungen
WPF INF-BA-V-VSB 6
WPF CE-MA-INF ab 2
WPF INF-MA ab 2
WPF IuK-BA 6
WPF IuK-MA-ES-INF ab 2
WPF ICT-MA-MPS 1-4
WPF ICT-MA-ES 1-4
WPF MB-MA-FG12 1-3
WPF ME-BA-MG6 5-6
WPF ME-MA-MG6 1-3
WPF WING-MA 1-3

Voraussetzungen / Organisatorisches
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