Vorlesungsdaten:

Inhalte der Vorlesung:

Teilnehmer des Projektlabors erarbeiten moderne Themen auf dem Gebiet von Embedded Systems. Es handelt sich um Themen, die in der Regel mit klassischen Lehrveranstaltungen nicht ausreichend oder überhaupt nicht gedeckt werden. Bei der Vorstellung der Projekthemen am Anfang des Semesters wird ein besonderer Fokus auf aktuelle und zukünftige Herausforderungen der Tätigkeiten auf dem Gebiet von Embedded Systems gelegt. Neben der Einarbeitung in die theoretischen Grundlagen sollen die Teilnehmenden ein Demokonzept anhand eines Industriestandard Entwicklungskits vorbereiten und vorführen. Folgende Projektthemen können beispielsweise erwähnt werden:

Embedded Security für IoT Anwendungen auf der Basis der ARM Trustzone Technologie: Die Speichergröße ist in zahlreichen IoT Geräten sehr begrenzt. Daher stellt eine Erhöhung der Softwarekomplexität und der damit verbundenen Vergrößerung des nötigen Speicherplatzes keine optimale Option für die Entwicklung von sicheren IoT Geräten dar. Hierfür erweisen sich TEEs (Trusted Execution Environments) als besser geeignet. In diesem Projektlabor können TEEs sowohl für ARM Cortex-M (ARMv8-M) als auch für ARM Cortex-A (ARMv8-A) in Betracht gezogen werden.

BLE (Bluetooth Low Energy) für IoT Anwendungen: BLE Netzwerke bilden ein wesentliches Rückgrat für die IoT Fähigkeit. In verschiedenen Projekten können Merkmale der BLE Konnektivität analysiert und gegebenenfalls im Hinblick auf konkrete IoT Anwendungen optimiert werden. Hierbei werden Themen wie BLE Mesh Technologie oder BLEbasierte Indoor Positionsbestimmung sowohl in einem industriellen als auch häuslichen Kontext behandelt werden. Fertige BLE-fähige Geräte wie industrielle Beacons, kabellose In-Ear Kopfhörer, … können mitverbunden werden.

Programmierung von SIM Karten und/oder eSIM: Zahlreiche IoT Geräte können Daten über das Mobilfunknetz austauschen. Hierfür wird eine SIM Karte benötigt und im Sinne der Anwendung programmiert. Im Zuge der Miniaturisierung von elektronischen Schaltungen werden in zukünftigen IoT Geräten immer mehr eSIM (Embedded SIM) in Form von sehr kompakten und kleinen elektronischen Bausteinen verwendet. Im Rahmen dieses Laborprojektes können SIM Karten und/oder eSIM programmiert werden.

AUTOSAR-basierte Softwareentwicklung: AUTOSAR (AUTmotive Open Source …) stellt eine einheitliche Softwarearchitektur mit festgelegten Beschreibungsformaten von Schnittstellen und Konfigurationsmöglichkeiten von Softwarekomponenten für Embedded Software im Automotive-Bereich dar. Zahlreiche Hersteller von Mikrocontrollern bieten AUTOSAR-konforme MCAL (Microcontroller Abstraction Layer) Softwarekomponenten an, die im Rahmen eines Projektes verwendet werden können.

Lernziele / Kompetenzen:

Wissensverbreiterung: In dieser Lehrveranstaltung erlernen Studierende theoretische und praktische Eigenschaften von zukunftsversprechenden Technologien und Standards auf dem Gebiet von Embedded Systems. Die teilnehmenden Studierenden erwerben neue Kenntnisse und praktische Fähigkeiten durch die abschließende Vorstellung und Vorführung der Projektergebnisse anderer Gruppen.

Wissensvertiefung: In den betrachteten Anwendungen aus dem Fachgebiet von Embedded Systems ergibt sich eine starke Synergie zwischen Themen aus verschiedenen Bereichen wie beispielsweise aus der Mechatronik, Kommunikationstechnik und Cyber-Sicherheit. Daher bietet die Lehrveranstaltung teilnehmenden Studierenden eine Möglichkeit, ihr praktisches Fachwissen vielseitig zu vertiefen.

Instrumentale Kompetenz: Die Studierenden behandeln Themen, die für viele Unternehmen noch eine Herausforderung darstellen. Daher können Sie Modernisierungsansätze in mehreren Firmen effizient initiieren und/oder mitgestalten.

Kommunikative Kompetenz: Die Studierenden kommen mit einem breiten Spektrum von Themen in Berührung, so dass sie darüber verschiedene Dokumente wie beispielsweise Spezifikationen, Anforderungen oder Prüfberichte verfassen können.

Systemische Kompetenz: Die behandelten Themen beziehen sich auf Teile von komplexen Anwendungen oder Systemen. In dieser Lehrveranstaltung befassen sich die teilnehmenden Studenten mit der Beschreibung und Implementierung von Schnittstellen innerhalb von komplexen Systemen. Hierbei werden Software- und Hardwareanforderungen an die Schnittstellen in Zusammenspiel mit anderen Aspekten wie beispielsweise dem Umweltschutz und der funktionalen Sicherheit in Betracht gezogen. Somit erwerben sie auch eine Kompetenz auf Systemebene. Sie verschaffen sich einen guten Überblick über die Zerlegung eines Systems in Komponenten sowie über die Integration von Komponenten in eine komplexe Anwendung. Studierenden können an der Programmierung und Verifikation eines eingebetteten Kommunikationssystems im Rahmen eines Industrieprojektes mitarbeiten. Sie können neue Knoten an ein vorhandenes eingebettetes Kommunikationssystem anschließen.

Berufsvorbereitung: In dieser Lehrveranstaltung bearbeiten Studierende Themen, die für die Industrie sehr aktuell sind. Daher können sie in industrielle Projekte leicht einsteigen. Die verwendeten Entwicklungsumgebungen (Softwarewerkzeuge, Hardwareplatinen, Sensoren, Aktuatoren, …) entsprechen dem Industriestand.

Literatur

• A. S. Huang, ”Bluetooth Essentials for Programmers“, Cambridge University Press, 2009, ISBN-13 978-0-521-70375-8
• R. Heydon, “Bluetooth Low Energy: The Developer’s Handbook”, Prentice Hall, 2012, ISBN-13 978-013288836
• C.-L. Xia, “Permanent Magnet Brushless DC Motor Drives and Controls”, Wiley, 2012, ISBN-13 978-1118188330

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