Modulhandbuch

Mechatronik und Robotik (MMR)

Embedded Systems und industrielle Netzwerke

Empfohlene Vorkenntnisse

Grundkenntnisse über Kommunikationsprotokolle

Ingenieur-Informatik

Embedded Systems 1

Lehrform Vorlesung/Labor
Lernziele / Kompetenzen

Die Studierenden erlangen einen vertieften Einblick in den internen Aufbau von Kommunikationsprotokollen. Auf diese Weise lernen sie auch die wichtigsten Entwurfsparadigmen kennen und sind auf diese Weise in der Lage, nicht nur das für die Anwendung optimale Kommunikationsprotokoll auszuwählen und einzusetzen, sondern auch, entsprechende Anpassungen und Erweiterungen selbst zu entwerfen.

Die Studierenden erlernen Methoden, um Embedded Echtzeitsysteme entsprechend den zeitlichen Vorgaben zu entwerfen und zu implementieren.

Dauer 2
SWS 6.0
Aufwand
Lehrveranstaltung 90
Selbststudium / Gruppenarbeit: 120
Workload 210
ECTS 7.0
Voraussetzungen für die Vergabe von LP

Embedded und industrielle Netzwerke: K60, Labor Embedded und industrielle Netzwerke: LA, Embedded Echtzeitsysteme: K60

Leistungspunkte Noten

Die Modulnote entspricht der Note der beiden Klausuren K60 (je 50%).

Modulverantwortlicher

Prof. Dr.-Ing. Axel Sikora

Empf. Semester 1+2
Haeufigkeit jedes 2. Semester
Verwendbarkeit

Master-Studiengang MMR, Schwerpunkt Robotik

Veranstaltungen

Embedded Echtzeitsysteme

Art Vorlesung/Labor
Nr. EMI2251
SWS 2.0
Lerninhalt

1.    Grundlagen Embedded Echtzeitsysteme
2.    Theoretische Grundlagen Echtzeitsysteme
3.    Entwurfsmuster Echtzeit
4.    Echtzeitarchitekturen
5.    Scheduling Algorithmen
6.    Entwurf und Implementierung eines Embedded Echtzeitsystems am Beispiel von FreeRTOS
6.1    Task Management
6.2    Queue Management
6.3    Software Timer Management
6.4    Interrupt Management
6.5    Ressource Management
6.6    Event Groups
6.7    Task Notifications
7.    Modellgetriebene Softwareentwicklung von Embedded Echtzeitsystemen

Literatur

K.C. Wang: Embedded and Real-Time Operating Systems, Springer, 2017
Xiaocong Fan: Real-Time Embedded Systems, Newnes, 2015
Jim Cooling: Real-time Operating Systems Book 1: The Theory, Independently published, 2017
Jim Cooling: Real-time Operating Systems Book 2: The Practice, Independently published, 2. Auflage , 2019

Embedded und industrielle Netzwerke

Art Vorlesung
Nr. EMI2205
SWS 2.0
Lerninhalt

Learning content:
1) Introduction
1.1) Reference models
1.2) Service models
2) Real time capability
2.1) Requirements
2.2) Channel access protocols
3) Examples of protocols
3.1) Ethernet
3.2) Industrial Ethernet
3.3) Profinet
3.4) TSN Ethernet
4) Application programming
4.1) Socket interfaces
4.2) Embedded Web Programming
4.3) Best Practices for Embedded Implementation of Network Protocols
4.4) IoT Application Protocols - Introduction
4.5) IoT Application Protocols - Examples
4.6) IoT Application Protocols - OPC UA
4.7) Device descriptions

Literatur

Cirani, S., Ferrari, G., Picone, M., Veltri, L. „Internet of Things: Architectures, Protocols and Standards“, Wiley, 2018.

Jeschke, S., Brecher, C., Song, H. Rawat, D.B., „Industrial Internet of Things: Cybermanufacturing Systems”, Springer Verlag, 2016.

Schleipen, M., „Praxishandbuch OPC UA: Grundlagen - Implementierung - Nachrüstung – Praxisbeispiele“, Vogel Communications Group GmbH & Co. KG, 2019

Schnell, G., Wiedemann, B., Bussysteme in der Automatisierungs- und Prozesstechnik: Grundlagen, Systeme und Trends der industriellen Kommunikation, Vieweg+Teubner Verlag, 2008

Sikora, A., Technische Grundlagen der Rechnerkommunikation: Internet-Protokolle und Anwendungen, Carl Hanser Verlag, 2003

Lab Embedded und Industrial Networks

Art Labor
Nr. EMI2206
SWS 2.0
Lerninhalt
  • Praktische Nutzung von Schnittstellen an Embedded Systemen anhand ARM Cortex-M3 Plattform durch Parametrierung, Programmierung und Analyse der Netzwerkkommunikation
  • Messung von Kommunikationsparametern in industriellen Netzwerkprotokollen PROFINET und Real Time Ethernet
  • Verwendung von Anwendungsprotokoll HTTP über TCP/IP anhand eines Embedded Webservers

Laborversuche:

  1. Ethernet-Programmierung
  2. Socket-Programmierung mit UDP
  3. Socket-Programmierung mit TCP
  4. Embedded Webserver Programmierung zur Nutzung von HTTP
  5. Programmierung von OPC UA-Server-Anwendungen
  6. Real-Time & TSN-Ethernet

 

 

Literatur
  • wie in der Vorlesung,
  • sowie einschlägige Datenblätter, die auf dem Entwicklungsserver bereitgestellt werden.