Softwareentwicklung eingebetteter Systeme - Grundlagen, Modellierung, Qualitätssicherung

Vorwort

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

1.1 Motivation

1.2 Klassifikation, Charakteristika

1.3 Anwendungen, Beispiele und Branchen

1.4 Begriffsdefinitionen

1.5 Logischer Aufbau eingebetteter Systeme

1.5.1 Kontrolleinheit

1.5.2 Regelstrecke

1.5.2.1 Peripherie

1.5.2.2 Digital/Analog-Wandler

1.5.2.3 Analog/-Digital-Wandler

1.5.2.4 Sensoren

1.5.2.5 Aktuatoren

1.5.3 Benutzerschnittstelle

1.6 Softwareentwicklung eingebetteter Systeme

1.6.1 Motivation

1.6.2 Begriffsklärung

1.6.3 Entwurf

1.7 Besondere Herausforderungen

1.8 Zusammenfassung

2 Nebenläufige Systeme

2.1 Einführung

2.1.1 Multitasking

2.1.2 Multithreading

2.1.3 Prozesssynchronisation und -kommunikation

2.2 Grundlegende Modelle für die Nebenläufigkeit

2.3 Verteilte Systeme

3 Echtzeit, Echtzeitsysteme, Echtzeitbetriebssysteme

3.1 Echtzeitsysteme

3.2 Ereignissteuerung versus Zeitsteuerung

3.3 Echtzeitbetriebssysteme

3.3.1 Aufbau und Aufgaben von Betriebssystemen

3.3.2 Betriebssystemarchitekturen

3.3.3 Echtzeitfähige Betriebssysteme

3.3.4 Zeitgeber und Zugriffsebenen auf Zeit

3.3.5 Prozesse

3.3.6 Multitasking und Scheduling

3.3.7 Scheduling in Echtzeitbetriebssystemen

3.3.8 Speicherverwaltung

3.4 VxWorks als Beispiel eines Echtzeitbetriebssystems

3.4.1 Das Laufzeitsystem

3.4.2 Exkurs: Der POSIX Standard

3.4.3 Das I/O-Subsystem von VxWorks

3.4.4 Unterstützung verteilter Systeme in VxWorks

3.4.5 VxWorks Entwicklungswerkzeuge

3.5 Weitere Beispiele eingebetteter Betriebssysteme

3.5.1 Symbian OS

3.5.2 Palm OS

3.5.3 Windows CE

3.5.4 QNX

3.5.5 Embedded Linux

3.6 Zusammenfassung

4 Programmierung eingebetteter Systeme

4.1 Der Einsatz von C/C++ für eingebettete Systeme

4.2 Embedded C++

4.2.1 Einschränkung: Das Schlüsselwort „mutable“

4.2.2 Einschränkung: Ausnahmebehandlung

4.2.3 Typidentifikation zur Laufzeit

4.2.4 Namenskonflikte

4.2.5 Templates

4.2.6 Mehrfachvererbung und virtuelle Vererbung

4.2.7 Bibliotheken

4.2.8 EC++ Styleguide

4.3 Der Einsatz von Java für eingebettete Systeme

4.3.1 Java 1

4.3.1.1 Personal Java

4.3.1.2 Embedded Java

4.3.2 Java 2 (J2ME)

4.3.2.1 Connected Device Configuration (CDC)

4.3.2.2 Connected Limited Device Configuration (CLDC)

4.3.3 JavaCard

4.3.4 Echtzeiterweiterungen für Java

4.3.4.1 Real- Time Core Erweiterung

4.3.4.2 Real Time Specification for Java (RTSJ)

4.4 Synchrone Sprachen

4.5 Ereignisbasierter Ansatz am Beispiel von Esterel

4.5.1 Historie

4.5.2 Hypothese der perfekten Synchronie

4.5.3 Determinismus

4.5.4 Allgemeines

4.5.5 Parallelität

4.5.6 Deklarationen

4.5.7 Instruktionen

4.5.8 Beispiel: Die sogenannte ABRO-Spezifikation

4.5.9 Semantik

4.5.10 Kausalitätsprobleme

4.5.10.1 Logische Korrektheit

4.5.10.2 Konstruktive Semantik

4.5.11 Codegenerierung und Werkzeuge

4.6 Synchrone Datenflusssprachen am Beispiel von Lustre

4.6.1 Datenfluss und Clocks

4.6.2 Variablen, Konstanten und Gleichungen

4.6.3 Operatoren und Programmstruktur

4.6.4 Assertions (Zusicherungen)

4.6.5 Compilation

4.6.6 Verifikation und automatisches Testen

4.6.7 Lustre im Vergleich zu Signal

4.7 Zeitgesteuerter Ansatz am Beispiel von Giotto

4.8 Zusammenfassung

5 Softwareentwurf eingebetteter Systeme

5.1 Modellierung eingebetteter Systeme

5.2 Formale Methoden

5.3 Statecharts

5.4 Die Unified Modeling Language (UML)

5.5 Der Ansatz ROOM

5.5.1 Softwarewerkzeuge und Umgebung

5.5.2 Einführung

5.5.3 Echtzeitfähigkeit

5.6 Hardware/Software-Codesign

5.7 Die MARMOT-Methode

5.8 Hybride Systeme und hybride Automaten

5.8.1 Einleitung

5.8.2 Spezifikation hybrider Systeme

5.9 Zusammenfassung

6 Softwarequalität eingebetteter Systeme

6.1 Motivation

6.2 Begriffe

6.3 Zuverlässigkeit eingebetteter Systeme

6.3.1 Konstruktive Maßnahmen

6.3.1.1 Einsatz redundanter Hardware

6.3.1.2 Einsatz redundanter Software

6.3.2 Analytische Verfahren

6.3.3 Stochastische Abhängigkeit

6.3.4 Gefahrenanalyse

6.4 Sicherheit eingebetteter Systeme

6.4.1 Testen

6.4.1.1 Überblick

6.4.1.2 Ausgewählte Testverfahren

6.4.2 Manuelle Prüftechniken

6.4.3 Formale Verifikation

6.5 Zusammenfassung

7 Vorgehensmodelle und Standards der Entwicklung

7.1 Das Wasserfall-Modell

7.2 Das V-Modell

7.3 Das V-Modell XT

7.3.1 Grundlagen

7.3.2 Anwendung des V-Modell XT

7.3.3 Zielsetzung und Aufbau des V-Modell XT

7.3.3.1 V- Modell XT als Weiterentwicklung des V-Modells 97

7.3.3.2 Zielsetzung des V-Modells XT

7.3.3.3 Grenzen des V-Modells XT

7.3.4 V-Modell XT Produktvorlagen

7.3.5 V-Modell XT Werkzeuge

7.3.5.1 Der V- Modell XT Projektassistent

7.3.5.2 V- Modell XT Editors

7.4 Die ROPES-Methode

7.5 Der OSEK-Standard

7.6 AUTOSAR

7.7 Zusammenfassung

8 Schlussbemerkungen

Literaturverzeichnis

Sachverzeichnis