Laborbeschreibung

Embedded Systems Technology Lab (EST Lab)

... ist das Labor fĂĽr Technologien eingebetteter Systeme am Fachbereich Informatik.

Was sind Embedded Systems?

Gareth Halfacree: "Raspberry Pi - Model B+",
http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0

Eingebettete Systeme (engl. Embedded Systems) sind informationsverarbeitende Systeme, die in einen technischen Kontext eingebunden sind. Sie werden meist nicht bewusst vom Anwender als eigenständiger Rechner wahrgenommen, da sie in ein größeres Produkt integriert sind. Durch die fortschreitende Miniaturisierung entstehen neue Anwendungsgebiete, bei denen früher als Mainframe oder PC sichtbare Rechner aus der Wahrnehmung verschwinden und durch das allgegenwärtige Rechnen (engl. ubiquitous computing) ersetzt wird. Innerhalb von komplexen Produkten wie Fahrzeugen findet man heute meist eine Reihe von eingebetteten Systemen, die vernetzt sind und interagieren.


Welche Anwendungsgebiete gibt es?

Rudi Scheitler, Michael MĂĽller:
Maiden Flight Hexacopter
  • Kraftfahrzeuge, Luft- und Raumfahrttechnik, autonome Mobilität

  • Kommunikationstechnik und Unterhaltungselektronik

  • Medizintechnik

  • Heimautomation und intelligente Gebäudetechnik

  • Automationstechnik in Produktions- und Fertigungsanlagen


Welche wirtschaftliche Bedeutung haben Embedded Systems?

In Deutschland erzielten Embedded Systems 2010 einen Umsatz von 17 Milliarden Euro, wobei Schätzungen ein Wachstum bis 2020 auf 40 Milliarden vorhersagen. Die Anbieter von Embedded Systems beschäftigen ca. 40.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter (vorrangig Elektrotechniker und technische Informatiker). Dazu kommen nochmal 250.000 Beschäftigte in Anwenderbranchen, die Embedded Systems in Produkte integrieren und individuelle Software für das jeweilige Einsatzszenario entwickeln [1].

Welche Anforderungen haben Embedded Systems?

Neben den funktionalen Anforderungen der Informationsverarbeitung für den jeweiligen Einsatzzweck müssen für eingebettete Systeme insbesondere auch nichtfunktionale Anforderungen umgesetzt werden. Hierzu zählen:

  • Echtzeitanforderungen

  • Zuverlässigkeit (Reliability), VerfĂĽgbarkeit (Availibility), Wartbarkeit (Servicability), Sicherheit (Safety)

  • Gewicht, Baugröße, Energieverbrauch

  • Speicherbedarf, Rechenbedarf

  • Verlässliche echtzeitfähige Kommunikation

  • Verbindungen von digitalen, analogen und hybriden Wirkprinzipien

Welche Bedeutung hat Komplexität von Embedded Software?

Zahlenangaben nach
- Christof Ebert, Capers Jones, "Embedded Software: Facts, Figures, and Future", Computer, vol.42, no. 4, pp. 42-52, April 2009, doi:10.1109/MC.2009.118
- Openhub, http://www.openhub.net

Immer komplexere Systeme benötigen immer komplexere Software. Schätzungen gehen davon aus, dass 40% der Fahrzeugkosten heutiger Neuwagen durch Software und Elektronik bestimmt werden. 90% aller Innovationen liegen im Bereich der Elektronik und Software. Betrachtet man die Entwicklungskosten, so entfallen 50-70% auf die Softwareentwicklung. Softwarepakete mit mehr als einer Million Zeilen Programmcode und bis zu 100 eingebettete, miteinander vernetzte Rechnersysteme werden in heutige Fahrzeuge verbaut. Man geht davon aus, dass in den nächsten Jahren diese Komplexität noch deutlich zunehmen wird, wobei starke Systemabhängigkeiten zu beobachten sind [2].


Vernetzung von Embedded Systems

Wilgengebroed: "Internet of Things",
http://creativecommons.org/licenses/by/2.0

Die immer stärkere Durchdringung der menschlichen Umwelt durch Produkte mit eingebetteter Informationsverarbeitung ist begleitet durch die Prägung von neuen Begriffen für diesen Trend. Das Internet der Dinge (Internet of Things IoT) verknüpft die immer intelligenter wirkenden Gegenstände des täglichen Lebens, die nicht mehr als Rechner im klassischen Sinne wahrgenommen werden. Tragbare Geräte (Wearables), Sensoren und Aktoren in vielfältiger Form kommunizieren miteinander. Der Begriff der Cyber-physischen Systeme (Cyber-Physical Systems CPS) verdeutlicht dabei den Effekt, dass durch die Vernetzung vieler eingebetteter Systeme die physikalische Welt mit dem virtuellen Cyberspace verschmilzt. Intelligente Stromnetze koordinieren Stromerzeuger und –verbaucher dezentral. Bewegungsprofile von Fahrzeugen werden für Navigationshinweise zur Koordination des Verkehrs genutzt. Als Industrie 4.0 dient die Vernetzung von Produktionsmitteln und Produktionsgütern der immer stärkeren Konfigurierbarkeit des Endprodukts bis hin zur individuellen Fertigung eingebunden in die Geschäftsprozesse des Auftraggebers.


Embedded Systems Technology Lab

Das EST Labor des Fachbereichs Informatik wird für die Lehre und Projekte rund um Embedded Systems genutzt. Das Labor mit seiner Ausstattung wird dabei insbesondere für Lehrveranstaltungen des dualen Bachelor-Studiengangs KESS und der Vertiefungsrichtung Technische und graphische Systeme im Master-Studiengang genutzt. In den praktischen Lehrveranstaltungen wird das Verständnis der Anforderungen an die Softwareentwicklung im Embedded-Bereich erworben. Im offenen Laborkonzept können die Studieninhalte vorbereitend bearbeitet werden. In studentischen Projekten vertiefen Studierende ihre Kenntnisse, wobei gleichzeitig Erfahrungen des Arbeitens im Team erzielt werden.

Der Kooperative Studiengang Embedded Systems KESS (Bachelor of Science)

Spezifische Veranstaltungen des dualen Studiengangs KESS (kooperatives Studienmodell Embedded Systems) finden ĂĽberwiegend im Embedded Systems Technology Labor statt. Weitere Informationen zum KESS-Studienmodell finden Sie hier.

Quellen

[1] Manfred Broy (Hrsg.), „Cyber-physical Systems – Innovation durch softwareintensive eingebettete Systeme”, Springer Verlag, 2011, ISBN 9783642149016


[2] Karsten Berns, Bernd Schürmann, Mario Trapp, „Eingebettete Systeme – Systemgrundlagen und Entwicklung eingebetteter Software“, Vieweg+Teubner Verlag, 2010, ISBN 978-3-8348-0422-8