Beitrag zum modellbasierten Entwurf eingebetteter Systeme

Diese Arbeit entstand an der Technischen Universität Ilmenau vor dem Hintergrund des von 2002 bis 2013 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Sonderforschungsbereiches 622 “ Nanopositionier- und Nanomessmaschinen\(kurz NPMM), in dessen Rahmen das Fachgebiet Rechnerarchitekturmit dem Teilprojekt C1″ Hochleistungsinformationsverarbeitung mit eingebetteten Systemen\ betraut war. Neben der Erstellung von spezifischen eingebetteten Hardware- und Software-Lösungen, die den Aufgabenstellungen aus dem Bereich der Hochpräzisionsmesstechnik, der Regelungstechnik und der Bilddatenverarbeitung gerecht werden sollten, stand die Erarbeitung von modellbasierten Methoden zum Entwurf und der systematischen Entwicklung von eingebetteten Systemen im Vordergrund. Die Entwicklung solcher Systeme unter den hohen Leistungsanforderungen der Domäne der Nanomesstechnik bedeutet für die Forschung eine Gratwanderung zwischen hochleistungsfähigen Speziallösungen, Strukturierung und Systematisierung, und Methodenintegration und Automatisierung für modellbasierte Prozesse zur Beherrschung der Entwurfskomplexität. Die Einleitung zu dieser Arbeit gibt einen kurzen Überblick über die Herausforderungen und die Geschichte der eingebetteten Systementwicklung im Rahmen des SFB 622 als Motivation zu dieser Arbeit.
In der letzten Projektperiode von 2009 bis 2013, in der ich selbst Teil des SFB 622 war, traten Hardware-Plattformen auf der Basis rekonfigurierbarer Logikbausteine in den Vordergrund. Mit der zunehmenden Leistungsfähigkeit dieser Module und den damit verbundenen System-on-Chip-Technologien wurde die Realisierung höher integrierter Plattformen, applikationsspezifischer Hardware-Module und heterogener Multiprozessorsysteme möglich. Diese Arbeit fasst ausgewählte methodische Beiträge zur modellbasierten
Entwicklung eingebetteter Lösungen der letzten Projektperiode zusammen. Die zum Verständnis wichtigen Grundlagen zum Entwurf eingebetteter Systeme und zu rekonfigurierbarer Hardware werden in den ersten Kapiteln zusammengetragen. Um die Konsistenz mit den größtenteils englischsprachigen Quellen und damit den etablierten Begriffen in der Fachwelt zu erhalten, sind die Abbildungen in dieser Arbeit in Englisch beschriftet – Erläuterungen und deutsche Entsprechungen sind dem Text zu entnehmen. Für die methodischen Definitionen wird ein Grundverständnis der UML vorausgesetzt.
Begleitend werden prototypische Studien von Plattformlösungen und Modellsyntheseansätzen vorgestellt. Die Realisierungen letzterer und die zur Evaluierung herangezogenen Modelle und Systeme wurden mit Hilfe
von MATLAB/Simulink erstellt und sind im Rahmen der Arbeiten und Kooperationen im SFB 622 entstanden.