Embedded Systems at Hochschule Bonn-Rhein-Sieg

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Wie lauten die 5 "Meilensteine" bzw. Generationen Computerentwicklung?

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Was bedeutet SoC, was beinhaltet er?

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Wie lautet eine Definition für Embedded Systems?

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Welche Kriterien bzw. Eigenschaften beschreiben Verlässlichkeit von Embedded Systemen und was beschreiben diese?

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Welche Eigenschaften beschreiben Effizienz von Embedded Systemen?

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Was beschreibt die Echtzeit Anforderung und was ist zur Beschreibung unvorteilhaft? Welche Typen von Echtzeit gibt es?

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Welche besonderen Merkmale haben Embedded Systeme?

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Was besagt die Post-PC Era?

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Was sind Vielzweckprozessoren wozu sind diese geeignet und was sind Vor- und Nachteil?

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Was sind Mikroprozessoren/µcontroller wozu sind diese geeignet und was sind Vor- und Nachteil?

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Was sind Spezialprozessoren, was sind deren Anwendungsfälle und Eigenschaften?

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Was sind FPGAs, wie sind deren Eigenschaften und Anwendungsbereiche?

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Embedded Systems

Wie lauten die 5 "Meilensteine" bzw. Generationen Computerentwicklung?

0. Generation: Mechanische Computer (1942 – 1945)

1. Generation: Vakuum-Röhren (1945 – 1955)

2. Generation: Transistoren (1955 – 1965)

3. Generation: Integrierte Schaltkreise (1965 – 1980)

4. Generation: Very Large Scale Integration (VLSI) (1980 – ???)

Embedded Systems

Was bedeutet SoC, was beinhaltet er?

System on Chip (SoC)

Integration von Peripherie auf einem Chip:

Prozessor, 

Programmierbare Logik (FPGA),

Grafikprozessor, 

NPU (Neural Processing Unit), 

DSP (Digital Signal Processor), 

Schnittstellen (MAC- & PHY Layer, UART), 

Speicher (SRAM, DRAM)




Embedded Systems

Wie lautet eine Definition für Embedded Systems?

„Ein eingebettetes System […] ist ein Rechner […], der in einen technischen Kontext […] eingebettet ist. Dabei übernimmt der Rechner  entweder Überwachungs-, Steuerungs- oder  Regelfunktionen oder ist für eine Form der Daten- bzw. Signalverarbeitung zuständig […] .“

„Der Begriff […] bezeichnet einen Rechner […], welcher […] allgemein in einen technischen Kontext eingebunden […] ist. Dieser Rechner […] ist speziell für die vorliegende Aufgabe angepasst.“


„[Eingebettete Systeme] treten überall dort auf, wo eine direkte Interaktion technischer Systeme mit der Umwelt stattfinden soll. Sie finden Anwendung in […] der Luft- und Raumfahrttechnik bis hin zu Konsumgütern wie Fernseher, DVD-Spieler etc.“


Embedded Systems

Welche Kriterien bzw. Eigenschaften beschreiben Verlässlichkeit von Embedded Systemen und was beschreiben diese?

Zuverlässigkeit (Die Wahrscheinlichkeit, dass ein System nicht ausfällt)

Wartbarkeit (Wahrscheinlichkeit, dass ein System nach einem Ausfall innerhalb einerb estimmten Zeitspanne wieder verfügbar ist.)

Verfügbarkeit (Wahrscheinlichkeit, dass ein System fehlerfrei arbeitet. Setzt hohe Zuverlässigkeit und hohe Wartbarkeit voraus.)

Sicherheit (Ist die Eigenschaft, dass ein ausfallendes System keine Schaden verursacht.)

Integrität (Eigenschaft, dass vertrauliche Daten geheim bleiben und die Authentizität der Kommunikation gewährleistet ist.)

Embedded Systems

Welche Eigenschaften beschreiben Effizienz von Embedded Systemen?

Energie (Laufzeit mobiler Geräte sollte möglichst lang sein)

Codegröße  (Oft steht keine Festplatte zur Verfügung, Nur SRAM als Hauptspeicher)

Laufzeit-Effizienz (Code ist auf Laufzeit optimiert, da Embedded Systeme i.d.R. weniger

performant sind als aktuelle PCs)

Gewicht und Abmessungen (Bei mobilen Geräten ist dies oft kaufentscheidend)

Preis  (Besonders in Konsum-Elektronik herrscht ein großer Wettbewerb. Hardware-Komponenten  und Entwicklungsbudget muss sorgfältig und effizient genutzt werden.)

Embedded Systems

Was beschreibt die Echtzeit Anforderung und was ist zur Beschreibung unvorteilhaft? Welche Typen von Echtzeit gibt es?

Ergebnisse müssen rechtzeitig, also innerhalb einer vorgegebener Zeitspanne vorliegen.

Eine garantierte Systemantwort muss ohne statistische Bewertungen erklärt werden können. Unvorteilhaft sind: Cache-Speicher oder Re-Transmissionen von Nachrichten

Harte Echtzeit

Weiche Echtzeit

Embedded Systems

Welche besonderen Merkmale haben Embedded Systeme?

Eingebettete Systeme werden speziell für eine Applikation entworfen und

darauf optimiert.(Andere Software kann in der Regel nicht ausführt werden)

In der Regel haben Eingebettete Systeme keinen Ressourcenüberschuss (Das würde sie ineffizienter machen)

Die Ein- und Ausgabeschnittstellen sind nicht generisch (Spezialisiertes Benutzerinterface (z.B. Knöpfe, Joystick …), Keine Maus/Tastatur, Keine (großen) Bildschirme)

Hybrider Schaltungsaufbau (Analog & Digitaltechnik)

Embedded Systems

Was besagt die Post-PC Era?

Der Begriff drückt aus, dass Standard PCs an

Bedeutung gegenüber kleinen Rechner Systemen (SmartPhones, Tablets, Wearables…) verlieren.

Das bedeutet jedoch nicht, dass PCs verschwinden werden. Vielmehr, dass sie unsichtbar und überall sind.

Embedded Systems

Was sind Vielzweckprozessoren wozu sind diese geeignet und was sind Vor- und Nachteil?

GPP/CPUs sind passend für Systeme mit hohen Leistungsanforderungen mit vielfältiger Programmierbarkeit. Verfügen meistens über mehrere Prozessorkerne. Einsatz in PCs. Für eingebettete Systeme nur bedingt geeignet.

Gute Flexibilität und Verarbeitungsleistung 


Hohe Leistungsaufnahme

Embedded Systems

Was sind Mikroprozessoren/µcontroller wozu sind diese geeignet und was sind Vor- und Nachteil?

Geeignet für Steuerungs- und Regelungsaufgaben. Für eingebettete

Systeme gut geeignet. Mikrocontroller haben Anteile an Peripherie im

Chip integriert und sind daher platzsparender als Mikroprozessoren.

Geringe Leistungsaufnahme

Verarbeitungsleistung relativ gering im Vergleich zu GPP.

Embedded Systems

Was sind Spezialprozessoren, was sind deren Anwendungsfälle und Eigenschaften?

Spezialprozessoren werden oft als Beschleunigungseinheit in

Computersystemen verwendet. Typische Anwendungen sind Audio-

und Videoverarbeitung (Komprimierung, Transcodierung).

Hohe Verarbeitungsleistung bei guter Effizienz. Kann in der Regel nicht alleine funktionieren. Benötigt einen übergeordneten Prozessor.

Embedded Systems

Was sind FPGAs, wie sind deren Eigenschaften und Anwendungsbereiche?

Ermöglichen anwendungsspezifische Schaltungen für geringe Stückzahlen. Werden oft als Prototyp für ASICs verwendet. Typische

Einsatzbereiche sind die schnelle digitale Signalverarbeitung in Video und Funk Anwendungen

Gute Flexibilität und Verarbeitungsleistung

HDL-Entwicklung und Test ist sehr aufwendig,

Geringe Effizienz

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