Eingebettete Systeme: Entwurf, Synthese und Edge AI
Gespeichert in:
| Hauptverfasser: | , , |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin ; Boston
De Gruyter Oldenbourg
[2022]
|
| Ausgabe: | 4., überarbeitete Auflage |
| Schriftenreihe: | De Gruyter Studium
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | https://www.degruyter.com/isbn/9783110702057 Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XV, 518 Seiten Illustrationen, Diagramme |
| ISBN: | 9783110702057 |
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|---|---|
| adam_text |
INHALTSVERZEICHNIS
1
EINFUEHRUNG,
SYSTEME,
BAUFORMEN
UND
TECHNOLOGIEN
1
1.1
BEGRIFFSBESTIMMUNG
UND
BEISPIELE
.
1
1.2
SYSTEMKATEGORIEN
.
3
1.3
TYPISCHER
AUFBAU
.
4
1.3.1
BEISPIELE
FUER
SENSOREN
UND
AKTOREN
.
7
1.4
CYBER-PHYSISCHE
SYSTEME
(CYBER
PHYSICAL
SYSTEMS)
.
8
1.5
SYSTEME
MIT
KUENSTLICHER
INTELLIGENZ
(KL-SYSTEME)
.
11
1.5.1
ANWENDUNGEN
VON
KL-SYSTEMEN
.
13
1.6
VERTEILTE
SYSTEME
.
17
1.7
BAUFORMEN
VON
EINGEBETTETEN
SYSTEMEN
.
18
1.7.1
PROZESSORARTEN
.
21
1.8
SCHALTKREISE
FUER
EINGEBETTETE
SYSTEME
.
23
1.8.1
HERSTELLERKONFIGURIERTE
SCHALTKREISE
.
23
1.8.2
ANWENDERKONFIGURIERBARE
SCHALTKREISE
.
24
1.9
ZUSAMMENFASSUNG
.
32
2
ENTWICKLUNGSMETHODIK
33
2.1
KUNDENANFORDERUNGEN
UND
SPEZIFIKATION
.
34
2.1.1
NICHTFUNKTIONALE
ANFORDERUNGEN
.
34
2.1.2
LASTENHEFT
.
37
2.1.3
PFLICHTENHEFT
.
39
2.1.4
SPEZIFIKATION
.
40
2.2
DER
BEGINN
EINER
ENTWICKLUNG
.
41
2.2.1
DER
ARCHITEKTURBEGRIFF
.
41
2.3
HARDWARE/SOFTWARE-CO-ENTWURF
.
43
2.4
SOFTWARE-ENTWICKLUNG
.
44
2.4.1
DAS
WASSERFALLMODELL
.
44
2.4.2
DAS
SPIRALMODELL
.
;
46
2.4.3
AGILE
SOFTWARE-ENTWICKLUNGSMETHODEN
.
46
2.4.4
DIE
PROJEKT-ENTWICKLUNGSMETHODE
SERUM
.
47
2.4.5
PROGRAMMENTWICKLUNG
.
49
2.4.6
ENTWICKELN
VON
KLASSENDIAGRAMMEN
MIT
CRC-KARTEN
.
50
X
INHALTSVERZEICHNIS
2.4.7
ENTWURFSMUSTER
.
52
2.5
HARDWARE-ENTWICKLUNGSMETHODIK
.
53
2.5.1
DIE
PRODUKTIVITAETSLUECKE
.
53
2.5.2
DIE
ABSTRAKTIONSEBENEN
.
55
2.5.3
EVOLUTION
DER
ENTWICKLUNGSMETHODEN
.
58
2.6
PLATTFORMBASIERTER
ENTWURF
.
66
2.7
TRANSACTION-LEVEL-MODELLIERUNG
(TLM)
.
68
2.8
DIE
MODELLBASIERTE
ENTWICKLUNGSMETHODE
.
69
2.9
PLATTFORMEN
UND
BIBLIOTHEKEN
FUER
DEN
ENTWURF
VON
DNNS
.
71
2.10
BERUECKSICHTIGUNG
DES
ENERGIEBEDARFS
BEI
DER
ENTWICKLUNG
.
72
2.11
ZUSAMMENFASSUNG
.
75
3
MODELLE
77
3.1
DEFINITION
EINES
MODELLS
.
77
3.2
PROGRAMM-MODELLE
.
78
3.3
MODELLKATEGORIEN
.
79
3.4
MODELLE
AUF
SYSTEM
UND
ALGORITHMISCHER
EBENE:
BERECHNUNGSMODELLE
.
81
3.4.1
PROZESSBASIERTE
BERECHNUNGSMODELLE
UND
-NETZWERKE
.
82
3.4.2
KAHN-PROZESS-NETZWERKE
(KPN)
.
83
3.4.3
DATENFLUSS-NETZWERKE
.
85
3.4.4
PROZESS-KALKULI
(PROCESS
CALCULI)
.
87
3.5
ZUSTANDSBASIERTE
MODELLE
.
88
3.5.1
PETRI-NETZE
.
88
3.5.2
STATECHARTS
.
90
3.5.3
PROZESS-ZUSTANDSMASCHINEN
.
'93
3.6
UNIFIED
MODELING
LANGUAGE
(UML)
.
94
3.7
TRANSACTION-LEVEL-MODELLIERUNG
(TLM)
.
96
3.7.1
MODELLIEREN
DER
KOMMUNIKATION
MIT
TLMS
.
98
3.7.2
DAS
NETZWERK-TLM
.
99
3.7.3
PROTOKOLL-TLM
UND
BUS-ZYKLUSGENAUES
MODELL
.
100
3.8
MODELLIEREN
AUF
RT-EBENE
.
100
3.8.1
DAS
GRUNDLEGENDE
VERHALTENSMODELL
AUF
RT-EBENE
.
101
3.8.2
DAS
STRUKTURMODELL
AUF
RT-EBENE
(PCAM)
.
103
3.9
MODELLE
AUF
LOGIK-EBENE
.
104
3.10
ZUSAMMENFASSUNG
.
105
4
EINGEBETTETE
KL-SYSTEME
107
4.1
GRUNDLAGEN
KUENSTLICHER
NEURONALER
NETZE
.
108
4.1.1
FEED-FORWARD
NETZE
.
113
INHALTSVERZEICHNIS
XI
4.1.2
TIEFE
NEURONALE
NETZWERKE
(DEEP
NEURAL
NETWORKS)
.
119
4.1.3
ZEITLICH
VERAENDERLICHE
DATENREIHEN
-
SEQUENTIELLE
DATEN
.
120
4.1.4
REKURRENTE
NEURONALE
NETZE
.
121
4.1.5
LONG
SHORT-TERM
MEMORY
LSTM
.
125
4.1.6
TEMPORALE
FALTUNGS-NETZE
-
TCN
.
128
4.1.7
RESIDUAL
NETZWERKE:
RESNETS
.
130
4.2
MASCHINELLES
LERNEN
ODER
TRAINING
VON
NN
.
132
4.2.1
FEED-FORWARD
LERNEN
.
136
4.2.2
BACKPROPAGATION
.
137
4.2.3
MASCHINELLES
LERNEN
ODER
DIE
VORGEHENSWEISE
BEIM
ANLERNEN
VON
NEU
RONALEN
NETZWERKEN
.
138
4.3
TRAINING
UND
INFERENZ
.
139
4.3.1
PROMINENTE
DNNS
AUF
DER
ILSVRC
.
141
4.4
HARDWARE
FUER
EINGEBETTETE
KL-SYSTEME
.
144
4.4.1
HARDWARE-KATEGORIEN
FUER
EINGEBETTETE
KL-SYSTEME
.
144
4.4.2
OPTIMIERUNG
VON
NEURONALEN
NETZEN
.
144
4.4.3
COMPUTER-RECHENLEISTUNG
ZUM
ANLERNEN
VON
NEURONALEN
NETZEN
.
144
4.4.4
REDUZIERUNG
DER
KOMPLEXITAET
VON
DNNS
.
146
4.4.5
HARDWARE-ARCHITEKTUREN
FUER
DNN-RECHENBESCHLEUNIGER
.
151
4.4.6
EINE
KLASSISCHE
ANWENDUNG
VON
KI:
AUTONOMES
FAHREN
.
154
4.4.7
DIE
ELEKTRIK/ELEKTRONIK-ARCHITEKTUR
.
155
4.4.8
DAS
ELEKTRONISCHE
STEUERSYSTEM
.
156
4.4.9
AUTONOMES
FAHREN:
BEISPIEL
FUER
DIE
IMPLEMENTIERUNG
.
158
4.4.10
ELEKTRONIK-HARDWARE
FUER
KL-SYSTEME
.
159
4.4.11
EIN
YYALWAYS
ON
KWS-SYSTEM
"
:
ULTRATRAIL
.
162
4.5
ZUSAMMENFASSUNG
.
165
5
BESCHREIBUNGSSPRACHEN
FUER
DEN
SYSTEMENTWURF
167
5.1
VHDL
-
EINE
HARDWARE-BESCHREIBUNGSSPRACHE
.
168
5.1.1
GRUNDLEGENDER
AUFBAU
.
170
5.1.2
DAS
SPRACHKONZEPT
.
173
5.1.3
DIE
SCHALTUNGSBESCHREIBUNG
.
174
5.1.4
SIGNALE
UND
DATENTYPEN
.
178
5.1.5
ZUWEISUNGEN
UND
DIE
NEUNWERTIGE
STANDARD
LOGIK
.
182
5.1.6
OPERATIONEN
.
185
5.1.7
DIE
EVENTGESTEUERTE
VHDL-SIMULATION
UND
DER
DELTA-ZYKLUS
.
187
5.1.8
DER
VHDL-PROZESS
.
190
5.1.9
BEISPIELE
EINFACHER
PROZESSBESCHREIBUNGEN
.
.'
.
194
5.1.10
GENERISCHE
KOMPONENTEN
MIT
GROESSEREN
DATENBREITEN
.
198
5.1.11
KONFIGURATIONSANWEISUNGEN
.
202
5.1.12
DER
VHDL-PROZESS
ALS
BESCHREIBUNG
FUER
SCHALTWERKE
.
203
5.1.13
BEISPIEL
EINES
SIMULATIONSTREIBERS
IN
VHDL
.
208
5.1.14
VHDL-ATTRIBUTE
.
210
5.1.15
UNTERPROGRAMME
UND
PACKAGES
.
212
5.1.16
TYP-KONVERTIERUNGEN
.
215
XII
INHALTSVERZEICHNIS
5.1.17
DIE
ASSERT-ANWEISUNG
.
218
5.1.18
SIMULATIONSBEISPIEL
FUER
EIN
ZWEIPROZESSORSYSTEM
.
218
5.1.19
ENTWURF
ENERGIESPARSAMER
HARDWARESYSTEME
MIT
VHDL
.
223
5.1.20
IMPLEMENTIERUNG
VON
POWER
GATING
MIT
UPF
UND
VHDL
.
224
5.1.21
ZUSAMMENFASSUNG
.
225
5.2
DIE
SYSTEM-BESCHREIBUNGSSPRACHE
SYSTEMC
.
225
5.2.1
GRUNDLAGEN
VON
SYSTEMC
.
227
5.2.2
BEISPIEL
EINES
SYSTEMC-MODULS
.
230
5.2.3
SIMULATIONSSEMANTIK
.
239
5.2.4
TRANSACTION-LEVEL-MODELLIERUNG
MIT
SYSTEMC
.
240
5.2.5
RTL-MODELLIERUNG
MIT
SYSTEMC
.
241
5.2.6
ZUSAMMENFASSUNG
.
242
6
EINGEBETTETE
SOFTWARE
243
6.1
BETRIEBSSYSTEME
.
243
6.1.1
WANN
KANN
AUF
EIN
BETRIEBSSYSTEM
VERZICHTET
WERDEN?
.
243
6.1.2
KONZEPTE
VON
BETRIEBSSYSTEMEN
.
246
6.1.3
PROZESSE
.
246
6.1.4
AUFGABEN
UND
SCHICHTENMODELL
EINES
BETRIEBSSYSTEMS
.
249
6.1.5
ARTEN
VON
BETRIEBSSYSTEMEN
.
251
6.1.6
STRUKTUREN
VON
BETRIEBSSYSTEMEN
.
252
6.1.7
ECHTZEITBETRIEBSSYSTEME
UND
ECHTZEITSYSTEME
.
254
6.1.8
ZEITABLAUFPLANUNG
IN
ECHTZEITBETRIEBSSYSTEMEN
.
255
6.1.9
PRIORITAETSUMKEHR
.
260
6.1.10
PRIORITAETSVERERBUNG
.
261
6.1.11
BETRIEBSSYSTEM-BEISPIELE
FUER
EINGEBETTETE
SYSTEME
.
262
6.2
COMPILER
.
265
6.3
PROGRAMM-OPTIMIERUNGEN
.
266
6.3.1
PROGRAMM-OPTIMIERUNG
AUF
HOEHERER
EBENE
.
266
6.3.2
MINIMIERUNG
DES
ENERGIEBEDARFS
IN
PROGRAMMEN
.
268
6.3.3
OPTIMIERUNG
DER
PROGRAMMGROESSE
.
269
6.4
PERFORMANZABSCHAETZUNGEN
UND
ZEITVERHALTEN
(TIMING
ANALYSE)
.
270
6.4.1
TLM-BASIERTE
PERFORMANZ-ABSCHAETZUNG
.
270
6.4.2
PERFORMANZ-ABSCHAETZUNG
AUS
COMPILER-OPTIMIERTEM
MASCHINENCODE
.
273
6.5
SOFTWARE-SYNTHESE
.
282
6.5.1
HERAUSFORDERUNGEN
DER
SOFTWARE-ENTWICKLUNG
.
282
6.5.2
SOFTWARE-SYNTHESE
VON
EINGEBETTETEN
SYSTEMEN
.
283
6.5.3
CODE-GENERIERUNG
IN
DER
SOFTWARE-SYNTHESE
.
285
6.6
ZUSAMMENFASSUNG
.
290
INHALTSVERZEICHNIS
XIII
7
HARDWARE-SYNTHESE
291
7.1
SYNTHESE
AUF
VERSCHIEDENEN
ABSTRAKTIONSEBENEN
.
291
7.2
SYNTHESE
AUF
SYSTEMEBENE
NACH
GAJSKI
.
292
7.3
HIGH-LEVEL-SYNTHESE
.
297
7.3.1
DIE
WESENTLICHEN
SCHRITTE
DER
HIGH-LEVEL-SYNTHESE
.
303
7.3.2
ALLOKIERUNG
.
304
7.3.3
ZEITABLAUFPLANUNG
(SCHEDULING)
.
306
7.3.4
RESSOURCEN-BINDUNG
.
328
7.3.5
STEUERWERKSYNTHESE
.
342
7.4
REGISTER-TRANSFER
UND
LOGIKSYNTHESE
.
345
7.4.1
ELABORATION
.
346
7.4.2
OPTIMIERUNG
ARITHMETISCHER
TEILNETZE
.
348
7.4.3
LOGIKSYNTHESE
UND
TECHNOLOGIEABBILDUNG
.
352
7.5
ZUSAMMENFASSUNG
.
359
8
VERIFIKATION,
SIMULATION
UND
TEST
361
8.1
VERIFIKATION
SIMULATION
UND
VALIDIERUNG
.
361
8.2
SIMULATION
.
362
8.2.1
EINE
SIMULATIONSANORDNUNG
.
362
8.2.2
SIMULATION
AUF
LOGIK
UND
TECHNOLOGIEEBENE
.
364
8.2.3
SOFTWARE-SIMULATION
.
365
8.2.4
DEBUGGING
IN
EINGEBETTETEN
SYSTEMEN
.
365
8.2.5
SOFTWARE-DEBUGGING
.
365
8.2.6
HARDWARE-DEBUGGING
.
366
8.3
FORMALE
VERIFIKATION
.
368
8.3.1
AUSSAGEN-LOGIK
.
369
8.3.2
PRAEDIKATENLOGIK
ERSTER
ORDNUNG:
FOL
.
370
8.3.3
MODEL
CHECKING
.
370
8.3.4
HIGHER
ORDER
LOGIC
.
371
8.4
WERKZEUGE
FUER
MODELLIERUNG
UND
SIMULATION
.
371
8.5
TEST
.
373
8.5.1
BEGRIFFSBESTIMMUNGEN,
AUSBEUTE,
BLACK-BOX
UND
WHITE-BOX-TEST
.
374
8.5.2
EIN
KLASSISCHES
FEHLERMODELL
IN
DER
CHIPPRODUKTION
.
377
8.5.3
TESTMUSTER
.
378
8.5.4
JTAG
BOUNDARY-SCAN
.
.
.
378
8.6
ZUSAMMENFASSUNG
.
380
9
MIKROPROZESSOR-GRUNDLAGEN:
VOM
MP
ZUM
SOC
381
9.1
EVOLUTION
DER
MIKROPROZESSOREN
.
381
9.2
MIKROPROZESSOREN
IN
EINGEBETTETEN
SYSTEMEN
.
382
9.2.1
MIKROPROZESSOR-ARCHITEKTUREN
.
383
XIV
INHALTSVERZEICHNIS
9.2.2
EIN
UND
AUSGABE
DURCH
BEFEHLE
UND
INTERRUPTS
.
388
9.2.3
SPEICHER-SYSTEME
.
390
9.2.4
WOZU
BRAUCHEN
WIR
CACHES?
.
391
9.2.5
HAUPTSPEICHER
.
395
9.2.6
FESTWERTSPEICHER
(ROM)
.
397
9.2.7
BEFEHLS-VERARBEITUNGSMETHODEN
UND
PIPELINING
.
398
9.2.8
PERFORMANZ
.
402
9.2.9
LEISTUNGSAUFNAHME-STEUERUNG
(POWER
MANAGEMENT)
.
403
9.2.10
EIN-AUSGABE-GERAETE
UND
SCHNITTSTELLEN
.
405
9.3
MIKROCONTROLLER
.
407
9.3.1
NIEDRIGPREIS-MIKROCONTROLLER
.
407
9.3.2
MIKROCONTROLLER
HOEHERER
LEISTUNG
.
408
9.4
MULTI-CORE
UND
MEHRPROZESSORSYSTEME
.
408
9.5
MIKROPROZESSOR-FAMILIEN
.
410
9.6
ZUSAMMENFASSUNG
.
419
10
KOMMUNIKATION
UND
NETZWERKE
421
10.1
DAS
ISO-OSI-REFERENZMODELL
.
421
10.2
DER
PARALLELE
BUS
.
424
10.2.1
SCHEMA
EINES
BUSTREIBERS
.
425
10.2.2
BUS-KOMMUNIKATION
.
427
10.2.3
BUS-ZEITABLAUFPLAENE
.
427
10.2.4
MULTIPROZESSOR
UND
MULTIBUS-SYSTEME
.
431
10.2.5
BEKANNTE
BUS-PROTOKOLLE
.
433
10.2.6
AMBA-BUS-SYSTEME
.
433
10.3
NETZWERKE
.
441
10.3.1
KOMMUNIKATIONSMODI
.
442
10.3.2
NETZWERK-TOPOLOGIEN
.
442
10.3.3
DATENFORMATIERUNG
.
444
10.4
BUSAEHNLICHE
NETZWERKE
ODER
SERIELLE
BUSSE
.
445
10.4.1
DER
/
2
C-BUS
.
447
10.4.2
PROFIBUS
(PROCESS
FIELD
BUS)
.
449
10.4.3
PCI
EXPRESS
.
451
10.4.4
INFINIBAND
.
451
10.4.5
ETHERNET
.
452
10.4.6
INTERNET
.
453
10.5
BUSSYSTEME
IM
KRAFTFAHRZEUG
.
453
10.5.1
DER
CAN-BUS
.
455
10.5.2
FLEXRAY,
LIN
UND
MOST
.
461
10.5.3
AUTOMOTIVE
ETHERNET
.
464
10.5.4
ZUSAMMENFASSUNG:
BUSSYSTEME
IM
KRAFTFAHRZEUG
.
466
10.6
SYNCHRONISIERUNG
.
467
INHALTSVERZEICHNIS
XV
10.6.1
KOMMUNIKATIONSPRIMITIVE
.
467
10.6.2
SYNCHRONISIERUNG
VON
PROZESSORELEMENTEN
.
469
10.7
SENSORNETZWERKE
.
471
10.7.1
DRAHTLOSE
SENSORNETZWERKE
.
471
10.7.2
EINSATZ
VON
SENSORNETZWERKEN,
TOPOLOGIE
.
473
10.7.3
KOMMUNIKATION
IM
SENSORNETZWERK
.
474
10.7.4
DER
SENSORKNOTEN
.
483
10.7.5
BEISPIELE
VON
SENSORKNOTEN
.
485
10.7.6
KOMMUNIKATIONSSTANDARDS
FUER
DRAHTLOSE
NETZWERKE
.
487
10.8
ZUSAMMENFASSUNG
.
489
LITERATURVERZEICHNIS
491
INDEX
507 |
| adam_txt |
INHALTSVERZEICHNIS
1
EINFUEHRUNG,
SYSTEME,
BAUFORMEN
UND
TECHNOLOGIEN
1
1.1
BEGRIFFSBESTIMMUNG
UND
BEISPIELE
.
1
1.2
SYSTEMKATEGORIEN
.
3
1.3
TYPISCHER
AUFBAU
.
4
1.3.1
BEISPIELE
FUER
SENSOREN
UND
AKTOREN
.
7
1.4
CYBER-PHYSISCHE
SYSTEME
(CYBER
PHYSICAL
SYSTEMS)
.
8
1.5
SYSTEME
MIT
KUENSTLICHER
INTELLIGENZ
(KL-SYSTEME)
.
11
1.5.1
ANWENDUNGEN
VON
KL-SYSTEMEN
.
13
1.6
VERTEILTE
SYSTEME
.
17
1.7
BAUFORMEN
VON
EINGEBETTETEN
SYSTEMEN
.
18
1.7.1
PROZESSORARTEN
.
21
1.8
SCHALTKREISE
FUER
EINGEBETTETE
SYSTEME
.
23
1.8.1
HERSTELLERKONFIGURIERTE
SCHALTKREISE
.
23
1.8.2
ANWENDERKONFIGURIERBARE
SCHALTKREISE
.
24
1.9
ZUSAMMENFASSUNG
.
32
2
ENTWICKLUNGSMETHODIK
33
2.1
KUNDENANFORDERUNGEN
UND
SPEZIFIKATION
.
34
2.1.1
NICHTFUNKTIONALE
ANFORDERUNGEN
.
34
2.1.2
LASTENHEFT
.
37
2.1.3
PFLICHTENHEFT
.
39
2.1.4
SPEZIFIKATION
.
40
2.2
DER
BEGINN
EINER
ENTWICKLUNG
.
41
2.2.1
DER
ARCHITEKTURBEGRIFF
.
41
2.3
HARDWARE/SOFTWARE-CO-ENTWURF
.
43
2.4
SOFTWARE-ENTWICKLUNG
.
44
2.4.1
DAS
WASSERFALLMODELL
.
44
2.4.2
DAS
SPIRALMODELL
.
;
46
2.4.3
AGILE
SOFTWARE-ENTWICKLUNGSMETHODEN
.
46
2.4.4
DIE
PROJEKT-ENTWICKLUNGSMETHODE
SERUM
.
47
2.4.5
PROGRAMMENTWICKLUNG
.
49
2.4.6
ENTWICKELN
VON
KLASSENDIAGRAMMEN
MIT
CRC-KARTEN
.
50
X
INHALTSVERZEICHNIS
2.4.7
ENTWURFSMUSTER
.
52
2.5
HARDWARE-ENTWICKLUNGSMETHODIK
.
53
2.5.1
DIE
PRODUKTIVITAETSLUECKE
.
53
2.5.2
DIE
ABSTRAKTIONSEBENEN
.
55
2.5.3
EVOLUTION
DER
ENTWICKLUNGSMETHODEN
.
58
2.6
PLATTFORMBASIERTER
ENTWURF
.
66
2.7
TRANSACTION-LEVEL-MODELLIERUNG
(TLM)
.
68
2.8
DIE
MODELLBASIERTE
ENTWICKLUNGSMETHODE
.
69
2.9
PLATTFORMEN
UND
BIBLIOTHEKEN
FUER
DEN
ENTWURF
VON
DNNS
.
71
2.10
BERUECKSICHTIGUNG
DES
ENERGIEBEDARFS
BEI
DER
ENTWICKLUNG
.
72
2.11
ZUSAMMENFASSUNG
.
75
3
MODELLE
77
3.1
DEFINITION
EINES
MODELLS
.
77
3.2
PROGRAMM-MODELLE
.
78
3.3
MODELLKATEGORIEN
.
79
3.4
MODELLE
AUF
SYSTEM
UND
ALGORITHMISCHER
EBENE:
BERECHNUNGSMODELLE
.
81
3.4.1
PROZESSBASIERTE
BERECHNUNGSMODELLE
UND
-NETZWERKE
.
82
3.4.2
KAHN-PROZESS-NETZWERKE
(KPN)
.
83
3.4.3
DATENFLUSS-NETZWERKE
.
85
3.4.4
PROZESS-KALKULI
(PROCESS
CALCULI)
.
87
3.5
ZUSTANDSBASIERTE
MODELLE
.
88
3.5.1
PETRI-NETZE
.
88
3.5.2
STATECHARTS
.
90
3.5.3
PROZESS-ZUSTANDSMASCHINEN
.
'93
3.6
UNIFIED
MODELING
LANGUAGE
(UML)
.
94
3.7
TRANSACTION-LEVEL-MODELLIERUNG
(TLM)
.
96
3.7.1
MODELLIEREN
DER
KOMMUNIKATION
MIT
TLMS
.
98
3.7.2
DAS
NETZWERK-TLM
.
99
3.7.3
PROTOKOLL-TLM
UND
BUS-ZYKLUSGENAUES
MODELL
.
100
3.8
MODELLIEREN
AUF
RT-EBENE
.
100
3.8.1
DAS
GRUNDLEGENDE
VERHALTENSMODELL
AUF
RT-EBENE
.
101
3.8.2
DAS
STRUKTURMODELL
AUF
RT-EBENE
(PCAM)
.
103
3.9
MODELLE
AUF
LOGIK-EBENE
.
104
3.10
ZUSAMMENFASSUNG
.
105
4
EINGEBETTETE
KL-SYSTEME
107
4.1
GRUNDLAGEN
KUENSTLICHER
NEURONALER
NETZE
.
108
4.1.1
FEED-FORWARD
NETZE
.
113
INHALTSVERZEICHNIS
XI
4.1.2
TIEFE
NEURONALE
NETZWERKE
(DEEP
NEURAL
NETWORKS)
.
119
4.1.3
ZEITLICH
VERAENDERLICHE
DATENREIHEN
-
SEQUENTIELLE
DATEN
.
120
4.1.4
REKURRENTE
NEURONALE
NETZE
.
121
4.1.5
LONG
SHORT-TERM
MEMORY
LSTM
.
125
4.1.6
TEMPORALE
FALTUNGS-NETZE
-
TCN
.
128
4.1.7
RESIDUAL
NETZWERKE:
RESNETS
.
130
4.2
MASCHINELLES
LERNEN
ODER
TRAINING
VON
NN
.
132
4.2.1
FEED-FORWARD
LERNEN
.
136
4.2.2
BACKPROPAGATION
.
137
4.2.3
MASCHINELLES
LERNEN
ODER
DIE
VORGEHENSWEISE
BEIM
ANLERNEN
VON
NEU
RONALEN
NETZWERKEN
.
138
4.3
TRAINING
UND
INFERENZ
.
139
4.3.1
PROMINENTE
DNNS
AUF
DER
ILSVRC
.
141
4.4
HARDWARE
FUER
EINGEBETTETE
KL-SYSTEME
.
144
4.4.1
HARDWARE-KATEGORIEN
FUER
EINGEBETTETE
KL-SYSTEME
.
144
4.4.2
OPTIMIERUNG
VON
NEURONALEN
NETZEN
.
144
4.4.3
COMPUTER-RECHENLEISTUNG
ZUM
ANLERNEN
VON
NEURONALEN
NETZEN
.
144
4.4.4
REDUZIERUNG
DER
KOMPLEXITAET
VON
DNNS
.
146
4.4.5
HARDWARE-ARCHITEKTUREN
FUER
DNN-RECHENBESCHLEUNIGER
.
151
4.4.6
EINE
KLASSISCHE
ANWENDUNG
VON
KI:
AUTONOMES
FAHREN
.
154
4.4.7
DIE
ELEKTRIK/ELEKTRONIK-ARCHITEKTUR
.
155
4.4.8
DAS
ELEKTRONISCHE
STEUERSYSTEM
.
156
4.4.9
AUTONOMES
FAHREN:
BEISPIEL
FUER
DIE
IMPLEMENTIERUNG
.
158
4.4.10
ELEKTRONIK-HARDWARE
FUER
KL-SYSTEME
.
159
4.4.11
EIN
YYALWAYS
ON
KWS-SYSTEM
"
:
ULTRATRAIL
.
162
4.5
ZUSAMMENFASSUNG
.
165
5
BESCHREIBUNGSSPRACHEN
FUER
DEN
SYSTEMENTWURF
167
5.1
VHDL
-
EINE
HARDWARE-BESCHREIBUNGSSPRACHE
.
168
5.1.1
GRUNDLEGENDER
AUFBAU
.
170
5.1.2
DAS
SPRACHKONZEPT
.
173
5.1.3
DIE
SCHALTUNGSBESCHREIBUNG
.
174
5.1.4
SIGNALE
UND
DATENTYPEN
.
178
5.1.5
ZUWEISUNGEN
UND
DIE
NEUNWERTIGE
STANDARD
LOGIK
.
182
5.1.6
OPERATIONEN
.
185
5.1.7
DIE
EVENTGESTEUERTE
VHDL-SIMULATION
UND
DER
DELTA-ZYKLUS
.
187
5.1.8
DER
VHDL-PROZESS
.
190
5.1.9
BEISPIELE
EINFACHER
PROZESSBESCHREIBUNGEN
.
.'
.
194
5.1.10
GENERISCHE
KOMPONENTEN
MIT
GROESSEREN
DATENBREITEN
.
198
5.1.11
KONFIGURATIONSANWEISUNGEN
.
202
5.1.12
DER
VHDL-PROZESS
ALS
BESCHREIBUNG
FUER
SCHALTWERKE
.
203
5.1.13
BEISPIEL
EINES
SIMULATIONSTREIBERS
IN
VHDL
.
208
5.1.14
VHDL-ATTRIBUTE
.
210
5.1.15
UNTERPROGRAMME
UND
PACKAGES
.
212
5.1.16
TYP-KONVERTIERUNGEN
.
215
XII
INHALTSVERZEICHNIS
5.1.17
DIE
ASSERT-ANWEISUNG
.
218
5.1.18
SIMULATIONSBEISPIEL
FUER
EIN
ZWEIPROZESSORSYSTEM
.
218
5.1.19
ENTWURF
ENERGIESPARSAMER
HARDWARESYSTEME
MIT
VHDL
.
223
5.1.20
IMPLEMENTIERUNG
VON
POWER
GATING
MIT
UPF
UND
VHDL
.
224
5.1.21
ZUSAMMENFASSUNG
.
225
5.2
DIE
SYSTEM-BESCHREIBUNGSSPRACHE
SYSTEMC
.
225
5.2.1
GRUNDLAGEN
VON
SYSTEMC
.
227
5.2.2
BEISPIEL
EINES
SYSTEMC-MODULS
.
230
5.2.3
SIMULATIONSSEMANTIK
.
239
5.2.4
TRANSACTION-LEVEL-MODELLIERUNG
MIT
SYSTEMC
.
240
5.2.5
RTL-MODELLIERUNG
MIT
SYSTEMC
.
241
5.2.6
ZUSAMMENFASSUNG
.
242
6
EINGEBETTETE
SOFTWARE
243
6.1
BETRIEBSSYSTEME
.
243
6.1.1
WANN
KANN
AUF
EIN
BETRIEBSSYSTEM
VERZICHTET
WERDEN?
.
243
6.1.2
KONZEPTE
VON
BETRIEBSSYSTEMEN
.
246
6.1.3
PROZESSE
.
246
6.1.4
AUFGABEN
UND
SCHICHTENMODELL
EINES
BETRIEBSSYSTEMS
.
249
6.1.5
ARTEN
VON
BETRIEBSSYSTEMEN
.
251
6.1.6
STRUKTUREN
VON
BETRIEBSSYSTEMEN
.
252
6.1.7
ECHTZEITBETRIEBSSYSTEME
UND
ECHTZEITSYSTEME
.
254
6.1.8
ZEITABLAUFPLANUNG
IN
ECHTZEITBETRIEBSSYSTEMEN
.
255
6.1.9
PRIORITAETSUMKEHR
.
260
6.1.10
PRIORITAETSVERERBUNG
.
261
6.1.11
BETRIEBSSYSTEM-BEISPIELE
FUER
EINGEBETTETE
SYSTEME
.
262
6.2
COMPILER
.
265
6.3
PROGRAMM-OPTIMIERUNGEN
.
266
6.3.1
PROGRAMM-OPTIMIERUNG
AUF
HOEHERER
EBENE
.
266
6.3.2
MINIMIERUNG
DES
ENERGIEBEDARFS
IN
PROGRAMMEN
.
268
6.3.3
OPTIMIERUNG
DER
PROGRAMMGROESSE
.
269
6.4
PERFORMANZABSCHAETZUNGEN
UND
ZEITVERHALTEN
(TIMING
ANALYSE)
.
270
6.4.1
TLM-BASIERTE
PERFORMANZ-ABSCHAETZUNG
.
270
6.4.2
PERFORMANZ-ABSCHAETZUNG
AUS
COMPILER-OPTIMIERTEM
MASCHINENCODE
.
273
6.5
SOFTWARE-SYNTHESE
.
282
6.5.1
HERAUSFORDERUNGEN
DER
SOFTWARE-ENTWICKLUNG
.
282
6.5.2
SOFTWARE-SYNTHESE
VON
EINGEBETTETEN
SYSTEMEN
.
283
6.5.3
CODE-GENERIERUNG
IN
DER
SOFTWARE-SYNTHESE
.
285
6.6
ZUSAMMENFASSUNG
.
290
INHALTSVERZEICHNIS
XIII
7
HARDWARE-SYNTHESE
291
7.1
SYNTHESE
AUF
VERSCHIEDENEN
ABSTRAKTIONSEBENEN
.
291
7.2
SYNTHESE
AUF
SYSTEMEBENE
NACH
GAJSKI
.
292
7.3
HIGH-LEVEL-SYNTHESE
.
297
7.3.1
DIE
WESENTLICHEN
SCHRITTE
DER
HIGH-LEVEL-SYNTHESE
.
303
7.3.2
ALLOKIERUNG
.
304
7.3.3
ZEITABLAUFPLANUNG
(SCHEDULING)
.
306
7.3.4
RESSOURCEN-BINDUNG
.
328
7.3.5
STEUERWERKSYNTHESE
.
342
7.4
REGISTER-TRANSFER
UND
LOGIKSYNTHESE
.
345
7.4.1
ELABORATION
.
346
7.4.2
OPTIMIERUNG
ARITHMETISCHER
TEILNETZE
.
348
7.4.3
LOGIKSYNTHESE
UND
TECHNOLOGIEABBILDUNG
.
352
7.5
ZUSAMMENFASSUNG
.
359
8
VERIFIKATION,
SIMULATION
UND
TEST
361
8.1
VERIFIKATION
SIMULATION
UND
VALIDIERUNG
.
361
8.2
SIMULATION
.
362
8.2.1
EINE
SIMULATIONSANORDNUNG
.
362
8.2.2
SIMULATION
AUF
LOGIK
UND
TECHNOLOGIEEBENE
.
364
8.2.3
SOFTWARE-SIMULATION
.
365
8.2.4
DEBUGGING
IN
EINGEBETTETEN
SYSTEMEN
.
365
8.2.5
SOFTWARE-DEBUGGING
.
365
8.2.6
HARDWARE-DEBUGGING
.
366
8.3
FORMALE
VERIFIKATION
.
368
8.3.1
AUSSAGEN-LOGIK
.
369
8.3.2
PRAEDIKATENLOGIK
ERSTER
ORDNUNG:
FOL
.
370
8.3.3
MODEL
CHECKING
.
370
8.3.4
HIGHER
ORDER
LOGIC
.
371
8.4
WERKZEUGE
FUER
MODELLIERUNG
UND
SIMULATION
.
371
8.5
TEST
.
373
8.5.1
BEGRIFFSBESTIMMUNGEN,
AUSBEUTE,
BLACK-BOX
UND
WHITE-BOX-TEST
.
374
8.5.2
EIN
KLASSISCHES
FEHLERMODELL
IN
DER
CHIPPRODUKTION
.
377
8.5.3
TESTMUSTER
.
378
8.5.4
JTAG
BOUNDARY-SCAN
.
.
.
378
8.6
ZUSAMMENFASSUNG
.
380
9
MIKROPROZESSOR-GRUNDLAGEN:
VOM
MP
ZUM
SOC
381
9.1
EVOLUTION
DER
MIKROPROZESSOREN
.
381
9.2
MIKROPROZESSOREN
IN
EINGEBETTETEN
SYSTEMEN
.
382
9.2.1
MIKROPROZESSOR-ARCHITEKTUREN
.
383
XIV
INHALTSVERZEICHNIS
9.2.2
EIN
UND
AUSGABE
DURCH
BEFEHLE
UND
INTERRUPTS
.
388
9.2.3
SPEICHER-SYSTEME
.
390
9.2.4
WOZU
BRAUCHEN
WIR
CACHES?
.
391
9.2.5
HAUPTSPEICHER
.
395
9.2.6
FESTWERTSPEICHER
(ROM)
.
397
9.2.7
BEFEHLS-VERARBEITUNGSMETHODEN
UND
PIPELINING
.
398
9.2.8
PERFORMANZ
.
402
9.2.9
LEISTUNGSAUFNAHME-STEUERUNG
(POWER
MANAGEMENT)
.
403
9.2.10
EIN-AUSGABE-GERAETE
UND
SCHNITTSTELLEN
.
405
9.3
MIKROCONTROLLER
.
407
9.3.1
NIEDRIGPREIS-MIKROCONTROLLER
.
407
9.3.2
MIKROCONTROLLER
HOEHERER
LEISTUNG
.
408
9.4
MULTI-CORE
UND
MEHRPROZESSORSYSTEME
.
408
9.5
MIKROPROZESSOR-FAMILIEN
.
410
9.6
ZUSAMMENFASSUNG
.
419
10
KOMMUNIKATION
UND
NETZWERKE
421
10.1
DAS
ISO-OSI-REFERENZMODELL
.
421
10.2
DER
PARALLELE
BUS
.
424
10.2.1
SCHEMA
EINES
BUSTREIBERS
.
425
10.2.2
BUS-KOMMUNIKATION
.
427
10.2.3
BUS-ZEITABLAUFPLAENE
.
427
10.2.4
MULTIPROZESSOR
UND
MULTIBUS-SYSTEME
.
431
10.2.5
BEKANNTE
BUS-PROTOKOLLE
.
433
10.2.6
AMBA-BUS-SYSTEME
.
433
10.3
NETZWERKE
.
441
10.3.1
KOMMUNIKATIONSMODI
.
442
10.3.2
NETZWERK-TOPOLOGIEN
.
442
10.3.3
DATENFORMATIERUNG
.
444
10.4
BUSAEHNLICHE
NETZWERKE
ODER
SERIELLE
BUSSE
.
445
10.4.1
DER
/
2
C-BUS
.
447
10.4.2
PROFIBUS
(PROCESS
FIELD
BUS)
.
449
10.4.3
PCI
EXPRESS
.
451
10.4.4
INFINIBAND
.
451
10.4.5
ETHERNET
.
452
10.4.6
INTERNET
.
453
10.5
BUSSYSTEME
IM
KRAFTFAHRZEUG
.
453
10.5.1
DER
CAN-BUS
.
455
10.5.2
FLEXRAY,
LIN
UND
MOST
.
461
10.5.3
AUTOMOTIVE
ETHERNET
.
464
10.5.4
ZUSAMMENFASSUNG:
BUSSYSTEME
IM
KRAFTFAHRZEUG
.
466
10.6
SYNCHRONISIERUNG
.
467
INHALTSVERZEICHNIS
XV
10.6.1
KOMMUNIKATIONSPRIMITIVE
.
467
10.6.2
SYNCHRONISIERUNG
VON
PROZESSORELEMENTEN
.
469
10.7
SENSORNETZWERKE
.
471
10.7.1
DRAHTLOSE
SENSORNETZWERKE
.
471
10.7.2
EINSATZ
VON
SENSORNETZWERKEN,
TOPOLOGIE
.
473
10.7.3
KOMMUNIKATION
IM
SENSORNETZWERK
.
474
10.7.4
DER
SENSORKNOTEN
.
483
10.7.5
BEISPIELE
VON
SENSORKNOTEN
.
485
10.7.6
KOMMUNIKATIONSSTANDARDS
FUER
DRAHTLOSE
NETZWERKE
.
487
10.8
ZUSAMMENFASSUNG
.
489
LITERATURVERZEICHNIS
491
INDEX
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