INHALTSVERZEICHNIS
xvii
3.5 Kommunikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
3.5.1 Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
3.5.2 Elektrische Robustheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
3.5.3 Echtzeitgarantien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
3.5.4 Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
3.6 Ausgabe – Schnittstelle zwischen Cyber- und physischer Welt . . . . 196
3.6.1 D/A-Wandler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
3.6.2 Abtasttheorem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
3.6.3 Pulsbreitenmodulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
3.6.4 Aktuatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
3.7 Elektrische Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
3.7.1 Energieerzeugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
3.7.2 Energiespeicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
3.7.3 Effiziente Nutzung elektrischer Energie . . . . . . . . . . . 211
3.8 Sichere Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
3.9 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
4 Systemsoftware
221
4.1 Eingebettete Betriebssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
4.1.1 Allgemeine Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
4.1.2 Echtzeitbetriebssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
4.1.3 Virtuelle Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
4.2 Protokolle für Ressourcen-Zugriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
4.2.1 Prioritätsumkehr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
4.2.2 Prioritätsvererbung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
4.2.3 Priority Ceiling-Protokoll . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
4.2.4 Stack Resource Policy-Protokoll . . . . . . . . . . . . . . . 238
4.3 ERIKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
4.4 Linux für eingebettete Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
4.4.1 Struktur und Größe von Linux für eingebettete Systeme . . . 244
4.4.2 Echtzeiteigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
4.4.3 Dateisysteme für Flash-Speicher . . . . . . . . . . . . . . . 248
4.4.4 Verringerung des Hauptspeicherbedarfs . . . . . . . . . . . 249
4.4.5 uClinux – Linux für Systeme ohne MMU . . . . . . . . . . 250
4.4.6 Evaluation der Nutzung von Linux in eingebetteten Systemen 252
4.5 Hardware-Abstraktionsschicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
4.6 Middleware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
4.6.1 OSEK/VDX COM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
4.6.2 CORBA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
4.6.3 POSIX Threads (Pthreads) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
4.6.4 UPnP und DPWS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
4.7 Echtzeitdatenbanken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
4.8 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
xvii
3.5 Kommunikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
3.5.1 Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
3.5.2 Elektrische Robustheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
3.5.3 Echtzeitgarantien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
3.5.4 Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
3.6 Ausgabe – Schnittstelle zwischen Cyber- und physischer Welt . . . . 196
3.6.1 D/A-Wandler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
3.6.2 Abtasttheorem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
3.6.3 Pulsbreitenmodulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
3.6.4 Aktuatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
3.7 Elektrische Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
3.7.1 Energieerzeugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
3.7.2 Energiespeicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
3.7.3 Effiziente Nutzung elektrischer Energie . . . . . . . . . . . 211
3.8 Sichere Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
3.9 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
4 Systemsoftware
221
4.1 Eingebettete Betriebssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
4.1.1 Allgemeine Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
4.1.2 Echtzeitbetriebssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
4.1.3 Virtuelle Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
4.2 Protokolle für Ressourcen-Zugriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
4.2.1 Prioritätsumkehr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
4.2.2 Prioritätsvererbung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
4.2.3 Priority Ceiling-Protokoll . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
4.2.4 Stack Resource Policy-Protokoll . . . . . . . . . . . . . . . 238
4.3 ERIKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
4.4 Linux für eingebettete Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
4.4.1 Struktur und Größe von Linux für eingebettete Systeme . . . 244
4.4.2 Echtzeiteigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
4.4.3 Dateisysteme für Flash-Speicher . . . . . . . . . . . . . . . 248
4.4.4 Verringerung des Hauptspeicherbedarfs . . . . . . . . . . . 249
4.4.5 uClinux – Linux für Systeme ohne MMU . . . . . . . . . . 250
4.4.6 Evaluation der Nutzung von Linux in eingebetteten Systemen 252
4.5 Hardware-Abstraktionsschicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
4.6 Middleware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
4.6.1 OSEK/VDX COM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
4.6.2 CORBA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
4.6.3 POSIX Threads (Pthreads) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
4.6.4 UPnP und DPWS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
4.7 Echtzeitdatenbanken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
4.8 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257