Kapitel 3
Hardware eingebetteter Systeme
In diesem Kapitel werden das Interface zwischen der physischen Umgebung und
der Informationsverarbeitung (das Cyphy-Interface) sowie Hardware für die Verarbeitung, die Speicherung und die Kommunikation von Informationen vorgestellt.
Die Notwendigkeit der Betrachtung des CyPhy-Interfaces ergibt sich dabei durch die
Einbettung in ein CPS. Die übrige Hardware muss hier betrachtet werden, weil u.a.
die erreichte Performanz, das Zeitverhalten, der Speicherbedarf, die Stromaufnahme
und die Sicherheit von der eingesetzten Hardware abhängig sind.
Im Kontext des CyPhy-Interfaces werden in diesem Kapitel Schaltungen zur
Zeit- und Wertediskretisierung sowie zu deren Umkehrung vorgestellt. Auch gehen
wir auf das Abtasttheorem und seine Folgewirkungen ein. Zur Vorstellung der Informationsverarbeitung dienen v.a. verschiedene Klassen von effizienzoptimierter
Hardware, insbesondere digitale Signalprozessoren (DSPs), Graphik-Prozessoren
(GPU), Mehrkern-Systeme sowie programmierbare Logikschaltungen (FPGAs). Im
Rahmen der Speicherung gehen wir auf Komponenten der Speicherhierarchie in
einer für eingebettete Systeme angepassten Form ein. Zusätzlich bewerten wir Kommunikationstechnik im Hinblick auf ihre Eignung bei eingebetteten Systemen.
Zur Realisierung elektronischer Informationsverarbeitung wird elektrische Energie benötigt. Daher enthält das Kapitel einen Abschnitt über die Erzeugung, die
Speicherung und die effiziente Nutzung der Energie in eingebetteten Systemen,
einschließlich Batterie- und Verbrauchsmodellen. Das Kapitel schließt mit einer
Übersicht über die Herausforderungen zur hardwaremäßigen Gewährleistung der
Datensicherheit.
3.1 Einleitung
Vielfach werden Entwürfe für Hardware-Komponenten wiederverwendet. Die umfangreiche Wiederverwendung verfügbarer Hard- und Softwarekomponenten ist die
Grundlage der plattformbasierten Entwurfsmethode (siehe Seite 322). Dieser An141
P. Marwedel, Eingebettete Systeme, https://doi.org/10.1007/978-3-658-33437-6_ 3
© Der/die Autor(en) 2021
Hardware eingebetteter Systeme
In diesem Kapitel werden das Interface zwischen der physischen Umgebung und
der Informationsverarbeitung (das Cyphy-Interface) sowie Hardware für die Verarbeitung, die Speicherung und die Kommunikation von Informationen vorgestellt.
Die Notwendigkeit der Betrachtung des CyPhy-Interfaces ergibt sich dabei durch die
Einbettung in ein CPS. Die übrige Hardware muss hier betrachtet werden, weil u.a.
die erreichte Performanz, das Zeitverhalten, der Speicherbedarf, die Stromaufnahme
und die Sicherheit von der eingesetzten Hardware abhängig sind.
Im Kontext des CyPhy-Interfaces werden in diesem Kapitel Schaltungen zur
Zeit- und Wertediskretisierung sowie zu deren Umkehrung vorgestellt. Auch gehen
wir auf das Abtasttheorem und seine Folgewirkungen ein. Zur Vorstellung der Informationsverarbeitung dienen v.a. verschiedene Klassen von effizienzoptimierter
Hardware, insbesondere digitale Signalprozessoren (DSPs), Graphik-Prozessoren
(GPU), Mehrkern-Systeme sowie programmierbare Logikschaltungen (FPGAs). Im
Rahmen der Speicherung gehen wir auf Komponenten der Speicherhierarchie in
einer für eingebettete Systeme angepassten Form ein. Zusätzlich bewerten wir Kommunikationstechnik im Hinblick auf ihre Eignung bei eingebetteten Systemen.
Zur Realisierung elektronischer Informationsverarbeitung wird elektrische Energie benötigt. Daher enthält das Kapitel einen Abschnitt über die Erzeugung, die
Speicherung und die effiziente Nutzung der Energie in eingebetteten Systemen,
einschließlich Batterie- und Verbrauchsmodellen. Das Kapitel schließt mit einer
Übersicht über die Herausforderungen zur hardwaremäßigen Gewährleistung der
Datensicherheit.
3.1 Einleitung
Vielfach werden Entwürfe für Hardware-Komponenten wiederverwendet. Die umfangreiche Wiederverwendung verfügbarer Hard- und Softwarekomponenten ist die
Grundlage der plattformbasierten Entwurfsmethode (siehe Seite 322). Dieser An141
P. Marwedel, Eingebettete Systeme, https://doi.org/10.1007/978-3-658-33437-6_ 3
© Der/die Autor(en) 2021