Eingebettete Systeme - Cheatsheet

Definition und Merkmale eingebetteter Systeme

Definition:

In ein größeres System integrierte, spezialisierte Computersysteme, die spezifizierte Aufgaben ausführen.

Details:

• Rechenkapazität auf spezifische Aufgaben beschränkt
• Echtzeitbetrieb häufig erforderlich
• Hohe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit
• Meist geringe Benutzerinteraktion
• Oft ressourcenbeschränkt (CPU, Speicher)
• In Hardware und Software eingebettet
• Beispiele: Medizingeräte, Automobilsteuerungen, Haushaltsgeräte

Energieeffizienz und Leistungsanforderungen

Definition:

Optimierung der Energie und Leistung eingebetteter Systeme für maximale Effizienz.

Details:

• Leistungsaufnahme (\textit{Power Consumption}): \(\text{P} = \text{V} \times \text{I}\)
• Verbrauchsprofil: Ruhezustand, aktive Phasen
• Energieverwaltungstechniken: Taktfrequenzskalierung (DFS), Spannungsanpassung (DVS)
• Leistungsanforderungen: Durchsatz, Latenzzeit, Echtzeitfähigkeit
• Energie-Metriken: Energie pro Operation (EPO), Energieverzögerungs-Produkt (EDP)
• Balancierung: Trade-off zwischen Energieverbrauch und Leistung

Partitionierungsstrategien im Hardware-Software-Co-Design

Definition:

Partitionierungsstrategien im Hardware-Software-Co-Design befassen sich mit der optimalen Aufteilung von Aufgaben oder Komponenten eines eingebetteten Systems auf Hardware und Software, um Leistungsfähigkeit und Effizienz zu maximieren.

Details:

• Ziel: Maximale Effizienz und Leistung
• Balance zwischen Flexibilität der Software und Leistung der Hardware
• Ansätze: statisch (fixe Partitionierung) vs. dynamisch (adaptive Partitionierung)
• Kriterien: Kosten, Energieverbrauch, Zeitverhalten
• Werkzeuge: z.B. Task-Graphen, Scheduling-Algorithmen

Planungsalgorithmen in Echtzeitsystemen

Definition:

Planungsalgorithmen in Echtzeitsystemen garantieren die zeitgerechte Ausführung von Aufgaben unter Berücksichtigung von Echtzeitanforderungen.

Details:

• Statische und dynamische Planungsverfahren
• Prioritätenbasierte Planung
• Raten-Monotone Planung (RMS): Fixe Prioritäten, niedrigstes Intervall erhält höchste Priorität.
• Earliest Deadline First (EDF): Dynamische Prioritäten, früheste Deadline zuerst.
• Nutzenfunktion: \ U = \sum_{i=1}^{n} \frac{C_i}{T_i} \leq 1
• Berücksichtigt rechenzeitliche und terminliche Anforderungen
• Fehlertoleranz und Ausfallsicherheit
• Aufgabenwechsel und Kontextwechselkosten

Anpassung und Konfiguration des Embedded Linux Kernels

Definition:

Anpassung und Konfiguration des Embedded Linux Kernels bedeutet die individuelle Einrichtung und Modifikation des Kernels für spezielle Anforderungen und Hardware-Plattformen.

Details:

• Kernel-Quellcode downloaden und entpacken
• \texttt{make menuconfig} nutzen für Konfigurationsmenü
• Hardware-spezifische Module und Treiber aktivieren/deaktivieren
• Kernel-Parameter setzen (z.B. Fußabdruck verkleinern)
• Konfiguration speichern (\texttt{.config}-Datei)
• Kernel kompilieren: \texttt{make} Befehl ausführen
• Erstellte Kernel-Image und Module auf Zielsystem übertragen

Signalverarbeitung und -übertragung in Sensoriksystemen

Definition:

Verarbeitung und Weiterleitung von analogen/digitalen Sensordaten.

Details:

• Signalwandlung: Analog-Digital (AD) und Digital-Analog (DA)
• Filterung: Tiefpass, Hochpass, Bandpass, Bandsperre
• Modulation: Amplituden-, Frequenz-, Phasenmodulation
• Protokolle: I2C, SPI, UART, CAN-Bus
• Fehlerkorrektur: Prüfsummen, Hamming-Code

Angriffsmodelle und -szenarien in eingebetteten Systemen

Definition:

Angriffsmodelle und -szenarien spezifizieren, wie und unter welchen Bedingungen Angriffe auf eingebettete Systeme durchgeführt werden können.

Details:

• Angriffsmodell: Beschreibung der Annahmen über die Fähigkeiten und Ressourcen eines Angreifers.
• Bedrohungsmodell: Bestimmung potenzieller Bedrohungen und Schwachstellen im System.
• Szenarien: Konkrete Beispiele von Angriffen, die durchgeführt werden könnten.
• Common Angriffstypen: Side-Channel-Angriffe, Manipulation von Firmware, physischer Zugriff.
• Sicherheitsmechanismen: Kryptographie, Secure Boot, Zugangskontrolle.

Cross-Entwicklung und -Debugging für Embedded Linux

Definition:

Cross-Entwicklung und -Debugging ermöglichen die Entwicklung und Fehlerbehebung von Software für Embedded Linux auf einem leistungsfähigeren Host-System.

Details:

• Verwende einen Cross-Compiler, z.B. GCC, um Code auf dem Host-System zu kompilieren.
• Debugging erfolgt oft mit gdbserver und gdb über eine Netzwerkverbindung.
• Cross-Development-Toolchains werden zur Anpassung von Compilern und Bibliotheken an die Zielarchitektur verwendet.
• Remote Debugging erlaubt das Setzen von Breakpoints im laufenden Prozess auf dem Zielsystem.
• \texttt{sysroot} wird genutzt, um Bibliotheken und Header-Dateien der Zielplattform im Cross-Entwicklungssystem bereitzustellen.