Studienplan

In sicherheitskritischen Bereichen wie der Personenbeförderung mit Flugzeug, Auto und Bahn, oder in der Steuerung von Produktions- und Fertigungsanlagen sind konventionelle Computersysteme nicht anwendbar. Denn diese Anwendungs- gebiete erfordern sog. Echtzeitsysteme, damit sie ein bestimmtes Ergebnis innerhalb eines spezifizierten Zeitintervalls zur Verfügung stellen. Passiert das nicht, sind die Folgen unabsehbar. In der Echtzeitdatenverarbeitung muss die Antwort in endlicher Zeit vorliegen (Rechtzeitigkeit), der korrekte Wert allein genügt nicht. Größere Systeme verwenden Echtzeitbetriessysteme. Hier kommt es besonders auf eine faire Zuteilung der notwendigen Hardware- und Software-Ressourcen an, damit die Prozesse noch vor ihrer festgelegten Zeitschranke (Deadline) die Ergebnisse bereistellen können. Es ist also eine geschickte dynamische Ablaufplanung der Prozesse (Scheduling) erforderlich. Die Lehrveranstaltung widmet sich den fortgeschrittenen Techniken für die Entwicklung von Echtzeitsystemen sowie der methodischen Vorgangsweise im gesamten Entwicklungsprozess von embedded Betriebssystemen und verteilten Echtzeitsystemen. Weiters steht die besondere Software-Entwicklung für diese Systeme inkl. Treiberentwicklung im Mittelpunkt, wobei auf die gängigsten Echtzeitbetriebssysteme eingegangen wird.

Embedded Operating Systems

Semester	1
Typ	Pflicht / Vorlesung
ECTS	2
Prüfungsart	Schriftliche Prüfung
Einführung, Grundlagen (Grundbegriffe, Klassifizierung von embedded OS) Architektur von Echtzeitbetriebssystemen (nichtfunktionale Eigenschaften, Standards, grundlegende BS-Kernabläufe, BS-Organisationsformen, I/O und Treiber). Beispiele (RT-Linux, RTAI, Windows CE) Grundlagen für die Erstellung von Treiber für Betriebssysteme, Entwicklungsumgebungen für Treiberentwicklung.

Embedded Operating Systems

Semester	1
Typ	Pflicht / Übung
ECTS	4
Prüfungsart	Immanente Beurteilung

Die Applikationsentwicklung in einem (internationalen) Industrieprojekt unterscheidet sich in manchen Punkten erheblich von der "akademischen" Vorgangsweise. Das betrifft den deutlich größeren Umfang, die beteiligte Personenanzahl und den damit verbundenen (technischen) Abstimmungsbedarf, den Dokumentationsbedarf, die Notwendigkeit konkreter interner Schnittstellen, den Umgang mit Änderungen (Change-Management), dem Testprozess, und noch viele weitere Punkte. In der Lehrveranstaltung wird gezeigt, wie man aus technischer Sicht an solche Projekte herangeht. Dabei steht der komponentenorientierte Software- Entwurf für mehr Autonomie, ein versierter Architekturentwurf für mehr Design-Qualität, ein defensiver Programmierstil für mehr Stabilität, und die Anwendung moderner Prozessmodelle für mehr Planungssicherheit im Vordergrund. Im zweiten Teil wird auf das Thema Prozessorarchitektur und Codeoptimierung eingegangen und eingehend aus praktischer Sicht gezeigt, wie man auf Ebene der Hochsprache auf moderne Prozessorarchitekturen (Mehrkernprozessoren mit Vektoreinheiten) Rücksicht nehmen kann und beachtlich mehr Performance in den Applikationen erzielen kann.

Industrielle Software-Entwicklung

Semester	1
Typ	Pflicht / Vorlesung
ECTS	2
Prüfungsart	Schriftliche Prüfung
Praktischer Software-Architektur-Entwurf, Komponenten und Funktionsbibliotheken (DLLs), Client/Server-Systeme, Schnittstellen-Entwurf, Dokumentation, defensives Programmieren, Code-Optimierung. Es erfolgt die praktische Abwicklung eines umfangreicheren (Software-) Projektes unter Anwendung von modernen Prozessmodellen (XP, MSF, SCRUM, etc) und technischem Projektmanagement unter Beachtung des organisatorischen Umfeldes. Begleitender Werkzeugeinsatz, Review- und Schätztechniken, statische Programmanalyse, Build-Mangement, Defect Tracking.

Industrielle Software-Entwicklung

Semester	1
Typ	Pflicht / Übung
ECTS	4
Prüfungsart	Immanente Beurteilung

Die Komplexität moderner Systeme steigt ständig an und immer mehr Funktionen werden in einem Chip, zu einem sogenannten System-on-a-Chip, zusammengefasst. So beherbergen moderne Controller nicht nur Prozessoren, sondern auch Kommunikationsschnittstellen (Ethernet, PCI-E, WLAN) und spezielle Co-Prozessoren für Audio- oder Videokompression (MP3, MPEG4, H.264) oder Verschlüsselung (AES). Durch die hohe Integrationsdichte erreicht man eine engere Zusammenarbeit und schnellere Kommunikation zwischen den einzelnen Komponenten und kann bei sinkenden Herstellungskosten die Energieeffizienz und Leistungsfähigkeit des Systems steigern. Durch diese rasante Entwicklung und die immer steigende Anzahl von Funktionen die moderne eingebettete Systeme bieten verkürzt sich nicht nur der Lebenszyklus dieser Produkte, sondern auch die Zeit, die für die Entwicklung zur Verfügung steht. Mit konventionellen Entwicklungsmethoden stößt man hier schnell an die Grenzen, da Hardware und Software getrennt von einander entwickelt werden. Erst nach der Verifikation werden alle Teile des Systems zusammengeführt und validiert. Die Lehrveranstaltung HSC2 widmet sich daher den Problemstellungen die bei Codesign, dem gleichzeitigen Entwickeln von Hardware und Software auftreten und bietet eine Übersicht über die wichtigsten Lösungsansätze. Dabei werden fortgeschrittene Techniken für Rapid-Prototyping, wie z. B. SystemC oder FPGA basierter Systementwurf, sowie der methodische Vorgehensweise beim gemeinsamen Entwurf von Hardware- und Softwareteile eines Systems gezeigt. Dabei wird auch auf abstrakte Systemmodellierung, Partitionierung von Systemen und High-Level Synthese eingegangen.

Hardware/Software Codesign

Semester	2
Typ	Wahlpflicht / Integrierte Lehrveranstaltung
ECTS	6
Prüfungsart	Schriftliche Prüfung
Einführung, Grundlagen , Grundlagen in SstemC Transaction-Level Modeling für die schnelle Entwicklung funktionaler Prototypen zur Systemevaluierung Cosimulation, Hardware/Software Partitionierung (Problemstellungen und Lösungsansätze) Abschätzung von Entwurfsqualität IP-Core basierter Systementwurf auf FPGAs

Nach der Auftragsvergabe möchten Kunden heute immer früher eine erste Version ihrer künftigen Software-Applikation sehen. So kann der Kunde überprüfen, ob er richtig verstanden wurde (Risikomanagement) und erhält gleichzeitig einen ersten Eindruck von der Bedienoberfläche (Akzeptanzprüfung des Look & Feel der Mensch-Maschine-Schnittstelle). Modernes Software-Prototyping hilft dem Auftragnehmer, diesen Anforderungen gerecht zu werden. Dabei werden typische Client-Server-Systeme mit einer (extern) angebundenen Remote-Visualisierung betrachtet, wie sie in der Welt der Embedded Systems häufig anzutreffen sind. Neben den Monitoring-Konzepten für Embedded Systems wird auf weiterführende Themen wie den Service-orientierte Architekturen, dem Cloud-Computing und den aktuellen Visualisierungs- und Kommunikationskonzepten eingegangen.

Software-Prototyping und Visualisierung

Semester	2
Typ	Wahlpflicht / Integrierte Lehrveranstaltung
ECTS	6
Prüfungsart	Schriftliche Prüfung
Prototyp-gesteuerte Software-Applikationsentwicklung, Technologien, Konzepte und Frameworks (Desktop bis Embedded Systems), Monitoring-Konzepte von Embedded Systems, service-orientierte Kommunikationstechniken. Die .NET-Technologie (Allgemeines Konzept, Desktop- und Embedded-Sicht, Sprache C#, Ressourcemanagement, Reflection, CodeDom, Services und Kommunikation, Windows Communication Foundation (WCF), Windows Presentation Foundation (WPF), Silverlight, usw.), Software-Architekturen verteilter Applikationen, Visualisierungstechniken und User-Interface-Design runden das breite Themenfeld ab.

Systemausfälle sind nicht nur unangenehm und oftmals sehr teuer, sie können auch gefährlich sein. Der kompetenten und versierten Entwicklung von Hochverfügbarkeitssystemen bzw. hochzuverlässigen Systemen kommt deshalb eine wesentliche Bedeutung zu. Aus technischer Sicht handelt es sich hier meist um verteilte Echtzeitsysteme, wobei entweder zeit- oder ereignisgesteuerte Architekturen verwendet werden. Weiters müssen diese mit Fehlerzuständen geeignet umgehen bzw. darauf reagieren können, um einen Komplettausfall zu vermeiden. Systeme, wo zuverlässige Kommunikation erforderlich ist, findet man etwa im Auto (Drive-by-wire). Typische Vertreter von Echtzeit-Kommunikations- protokollen sind TTP, das Time-Triggered Protocol zur fehlertoleranten Kommunikation oder das Flexray-Bussystem, welches hohe Datenraten bei hoher Sicherheit unterstützt.

Distributed Realtime Systems

Semester	3
Typ	Pflicht / Integrierte Lehrveranstaltung
ECTS	6
Prüfungsart	Schriftliche Prüfung
Einführung, Grundbegriffe Distributed Systems (verteilte Systeme): - System Architektur - System Design - Composability - Scalability - Real-Time Communication Fehlertoleranz Real-Time Scheduling - Statisches Scheduling - Dynamisches Schedulung Dependable Systems (hochzuverlässige Systeme): - Dependability - RAMSS (Reliability Availability Maintainability Safety Security) - Error / Fault / Failure - Zeit- und Event-gesteuerte Architekturen - RTOS - WCET

Stabile und zuverlässige Software-Applikationen sind für den Endanwender auf seinem Notebook oder Smartphone wünschenswert, für den harten Industrie-Einsatz hingegen eine obligatorische Notwendigkeit. Embedded Systems verfügen über einen wesentlichen Teil an Software, die oft unter zeitkritschen Bedingungen zuverlässig arbeiten muss. Die Anforderungen sind hier deutlich höher als bei Desktop-Applikationen. Fehlfunktionen in der Software einer Motorsteuerung im PKW, oder dem Elektronischen Stabilitätsprogramm oder in der Airbag-Steuerung können fatale Folgen haben. Qualität lässt sich nicht nachträglich in ein Produkt "hineintesten" - hier braucht es besondere Strategien, Konzepte und Vorgangsweisen im Vorfeld, um hochwertige Softwaresysteme zu erstellen. Hier wird auf diese Methoden und Prinzipien eingegangen, von der technischen Umsetzung bis hin zum Projekt- und Qualitätsmanagement, wo die Einführung, Steuerung und Kontrolle von Maßnahmen zur Qualitätssicherung übergreifend über alle Bereiche eines Projekts beleuchtet werden.

Software Quality Engineering

Semester	3
Typ	Wahlpflicht / Integrierte Lehrveranstaltung
ECTS	6
Prüfungsart	Schriftliche Prüfung
Die Schwerpunkte liegen dabei auf 1. Entwicklungskonzepten für qualitativ hochwertige Softwaresysteme, etwa Test Driven Development, Dependency Injection, Design by Contract. 2. Methoden und Techniken der analytischen und konstruktiven Qualitätssicherung, etwa Spezifikation und Testdesign, Testautomatisierung, Modell-basiertes Testen, Mutationsanalyse, Statische Analyse. 3. Maßnahmen zur Steuerung und Kontrolle von Qualität auf Projektebene, etwa Build-Systeme, Produkt- und Prozessmetriken, Application Lifecycle Management. Die Inhalte werden durch die Anwendung moderner Werkzeuge in Projekten vermittelt.

Der Phantasie zukünftiger Chip-Designer und Desingerinnen sind offenbar keine Grenzen gesetzt: Die Anzahl der logischen Funktionen, die sich auf einem Chip gleicher Fläche unterbringen lassen, verdoppelt sich etwa alle 18 Monate. Auf der Fläche, die 1980 einen Transistor beherbergen konnte, tummeln sich heute also mehr als 81000 von ihnen - genug beispielsweise für einen 16-Bit-Rechenkern. Das ein moderner Prozessor mehrere Rechenkerne vereint ist längst Selbstverständlichkeit. Mit dem exponentiellen Wachstum der Komplexität rücken die Methoden der Verifikation mehr und mehr in den Fokus und beginnen das Design aufwandsmäßig in den Schatten zu stellen: Es gilt, sicherzustellen, dass auch das komplexeste Chip-Design unter allen Bedingungen zuverlässig arbeitet. AMV2 vermittelt einen umfassenden Überblick der modernster Verifikationsmethoden und vertieft ausgewählte Techniken soweit, dass ein unmittelbarer Projekteinsatz im industriellen Umfeld ebenso wie als Basis von Forschungsaktivitäten möglich ist. Dabei werden sowohl dynamische als auch statische Verifikationsmethoden auf der Basis aktueller Industrie-CAE-Werkzeuge verwendet.

Advanced Methods of Verification

Semester	2
Typ	Wahlpflicht / Integrierte Lehrveranstaltung
ECTS	6
Prüfungsart	Schriftliche Prüfung
Motivation: Notwendigkeit der Verifikation, Problematik der Verifikation, Position der Verifikation im Entwurfsablauf, Ziele der Verifikation, Management- Sicht des Verifikationszyklus. Verifikationszyklus; Simulationsbasierte Verifikation; Testbenches; Black-/Grey-/White-Box-Verfahren; Assertion-Based-Verification; Coverage; Event-Driven-Simulation; Cycle-Based-Simulation; Stimuluserzeugung; Automatisierte Ausgabeevaluierung; Verifikation des Reset-Verhaltens; Verifikation der Testfähigkeit; Verifikation von Low-Power-Modi; Regressionstests; Managementmethoden für die Verifikation: Versionierung, Bugtracking, Automation; Hardware- Accelleration; Emulation; Hardware/Software-Coverifikation; Cosimulation unterschiedlicher Simulatoren; Formale Verifikation; Equivalence Checking; Property Checking; Verifikationssprachen: OVL, PSL, SystemVerilog und SVA; Spezielle Anforderungen bei Verifikation von Mixed- Signal-Designs.

Das Chip-Design verfolgt zunächst ein -- allerdings nur scheinbar -- leicht erfassbares Ziel: Die Umsetzung der gewünschten Funktion. Das Erreichen dieser Zielvorgabe wird mit den Methoden der Verifikation geprüft, die in der LVA AMV2 vermittelt werden. Dies allein aber reicht nicht aus. Zusätzlich kommen Nebenbedingungen ins Spiel (engl. Constraints), wie beispielsweise eine gewünschte Taktfrequenz (Speed) oder eine maximal tolerierbare Chipfläche (Area). Diese beiden Bedingungen wurden bereits grundlegend in der Bachelorausbildung beleuchtet, mit speziellen Designtechniken lässt sich jedoch noch weiter optimieren. Neben diesen Techniken sind heute auch Methoden zur Optimierung hinsichlich weiterer Design-Parameter -- genannt Metriken -- nötig, die durch diese Lehrveranstaltung beleuchtet werden. Hierbei geht es um den Energieumsatz (z.B. durch umschaltbare Taktfrequenzen), die elektromagnetische Verträglichkeit, eine leichte Verifizierbarkeit (Design for Verification), den wichtigen Parameter der Testbarkeit (Design for Testability) und weitere mehr. Auch Grundlagen zu sogenannten Mixed-Signal-Designs, bei denen analaoge Schaltungsteile gleichzeitig mit digitalen eingesetzt werden, werden vermittelt.

Metrikorientierter Hardwareentwurf

Semester	3
Typ	Wahlpflicht / Integrierte Lehrveranstaltung
ECTS	6
Prüfungsart	Schriftliche Prüfung
Speed: Kritischer Pfad; Area; Abtausch von Zeit und Fläche; Time-to-Market, EMV-orientiertes Design und Low-Power-Design: Technologieebene, Register- Transfer-Ebene, Asynchroner Schaltungsentwurf; Design-for-Test: Fehlermodelle, ATPG, Scan- Test, Boundary-Scan-Test, Memory-Test, BIST; Fault-Tolerant Systems: Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls, Error-Detection, Self-Checking Design, Fault-Tolerant Design.

Die Verarbeitung digitaler Signale spielt im Innern vieler anspruchsvoller Geräte, vor allem in der Kommunikations- und Medizintechnik eine zentrale Rolle. Durchgeführt wird sie auf einer Reihe unterschiedlicher Hardwareplattfomen, nämlich universeller Prozessoren (CPUs), Signalprozessoren (DSPs), Graphikprozessoren (GPUs) oder aber als dedizierte Hardware, also auf einem FPGA oder ASIC, der Ansatz, der die höchste Leistungsfähigkeit aufweist. FPGA- und ASIC-Lösungen finden sich beispielsweise in den Basisstationen der Mobilfunknetze ebenso wie in multistandardfähigen Flachbildschirmen. Dem Nachteil der höheren Leistungsfähigkeit dedizierter Hardware steht jedoch nach dem klassischen Entwurfsparadigma ein erheblich erhöhter Designaufwand entgegen. Moderne Methoden des ESL-Designs (Electronic System Level), wie sie hier vermittelt werden, erleichtern den Hardware-Entwurf und die Verifikation für Anwendungen der Signalverarbeitung enorm, ermöglichen ihn oft sogar erst.

On-Chip Signalprocessing

Semester	3
Typ	Wahlpflicht / Integrierte Lehrveranstaltung
ECTS	6
Prüfungsart	Schriftliche Prüfung
Architekturen: Digitale Frequenzsynthese, CORDICArchitekturen, DDS, Polynomapproximation, Delta- Sigma (De-)Modulatoren, Architekturen von Dezimatoren und Interpolatoren, Digitale PLLs, Architekturen von Equalizern (Zero-Forcing, Maximum Likelihood); Implementation: Modellierungswerkzeuge: Matlab, Simulink; Systementwurfswerkzeuge: Synopsys Symphony, FPGA-spezifische Werkzeuge; Architekturen von Signalprozessoren im Vergleich mit der direkten Hardware-Implementation; Aspekte des Mixed- Signal-Designs: Modellierung eines analogen Frontends

Die drahtlose Vernetzung unterschiedlichster Geräte, sei es zu Steuer- oder Kommunikationszwecken stellt das Rückgrat der Kommunikationsgesellschaft dar. Die Anzahl der Verbindungen steigt mit der Zahl der vernetzten Geräte rapide an. Gleichzeitig wachsen die Ansprüche an die Datenrate auf diesen Verbindungen ebenfalls. Ermöglicht wird dieser Fortschritt einerseits von der dahinterstehenden Gerätetechnoligie, mehr aber noch von der laufenden Optimierung der digitalen Datenübertragung. Das in dieser Veranstaltung vermittelte Wissen ermöglicht ein umfassendes Verständnis der zu Grunde liegenden Prinzipien und schafft die Basis für die erfolgreiche Weiterentwicklung der vorgestellten Techniken in Forschung und Entwicklung.

Digitale Nachrichtenübertragung

Semester	1
Typ	Pflicht / Vorlesung
ECTS	4
Prüfungsart	Schriftliche Prüfung
Grundlagen: System- und Signaltheoretische Grundlagen, Komponenten eines nachrichtentechnischen Systems, äquivalente Basisbanddarstellung, Kanalmodelle, Mobilfunkkanal; Modulationsverfahren: Digitale Pulsamplitudenmodulation (PAM): ASK, QAM, PSK, QPSK; Digitale Frequenzmodulation (FSK): Binäre und mehrstufige FSK, CPM; Demodulationsverfahren: Kohärente- und inkohärente Demodulation; Synchronisation: Frequenz- und Phasensynchronisation, Rahmen- und Taktsynchronisation; Vielfachzugriffsverfahren, Diskrete MehrträgerÜbertragung: OFDM, DMT, CDMA; Diversity-Methoden, MIMO-Systeme, Entzerrung; Nachrichtenübertragungssysteme: Drahtlose Übertragungssysteme, Navigationssysteme.

Digitale Nachrichtenübertragung

Semester	1
Typ	Pflicht / Übung
ECTS	2
Prüfungsart	Immanente Beurteilung

Navigationssysteme in Fahrzeugen verwenden für die Berechnung von Verkehrsrouten im Hintergrund mathematisch-formale Modelle. Die realen Autobahnen, Straßen und Wege werden dazu auf dieses Modell geeignet abgebildet, wodurch sie nun für die Berechnung herangezogen werden können. So sind nun schnellste oder kürzeste Routen nach verschiedenen Kriterien relativ einfach bestimmbar. Das Modell ist eine Abstraktion der Realität. Im Modell kann man - sofern richtig entworfen - Operationen einfach durchführen und die Ergebnisse in der Realität anwenden. Der Umweg über das Modell vereinfacht damit die Situation, was entscheidende Vorteile bringt. Die Lehrveranstaltung zeigt die Bedeutung und die Mächtigkeit dieser formalen Grundlagen und Methoden zur Systemmodellierung und behandelt praktische Werkzeuge zur Modellierung von Embedded Systems.

Systemmodellierung

Semester	1
Typ	Pflicht / Vorlesung
ECTS	4
Prüfungsart	Schriftliche Prüfung
Modellierung von eingebetteten, verlässlichen Systemen mittels UML, StateCharts und SysML; Modellierung von Echtzeitsystemen. Formale Grundlagen (Graphen, Bäume, Decision Diagrams/BDDs, Automaten, Petri-Netze, Prädikatenlogik, XML). Warteschlangenmodelle als Basis für Performance-Analysen. Models of Computation (Behavior, Concurrency, Untimed Models, Synchronous Models, Timed Models, Asynchronous Systems).

Systemmodellierung

Semester	1
Typ	Pflicht / Übung
ECTS	2
Prüfungsart	Immanente Beurteilung

Signale, gemeint sind zeitliche Verläufe physikalischer Größen, wie Spannung, Temperatur, Helligkeit,... sind die Träger und Überbringer von Information. So überragend die Bedeutung von Signalen ist, so vielfältig sind ihre Formen. Die Bandbreite reicht vom Ausgangswert eines Temperatursensors, über die elektromagnetischen Wellen einer Funkverbindung bis zum Audiosignal, dass ein Orchester "erzeugt". Die Verarbeitung solcher Signale kann ganz unterschiedliche Ziele haben, beispielsweise die Erkennung des Gesichts einer Person auf einem Foto oder die MP3-Komprimierung eines Musiksignals um mehr Musikstücke im Speicher unterzubringen. Bei der Verarbeitung von Signalen, hat sich wie in vielen anderen Bereichen auch, längst das digitale Funktionsprinzip durchgesetzt. Die Beherrschung der hierbei engesetzten Verfahren wird von den beiden Lehrveranstalungen DSV2 und AVS3 detailliert vermittelt.

Digitale Signalverarbeitung

Semester	2
Typ	Wahlpflicht / Integrierte Lehrveranstaltung
ECTS	6
Prüfungsart	Schriftliche Prüfung
Grundlagen: Linearen Algebra, Wahrscheinlichkeitstheorie und der Theorie stochastischer Prozesse, ML und MAP Schätzverfahren, Viterbi- und BCJR-Algorithmus; Verfahren: Verfahren zum Entwurf von FIR- und IIR-Filtern; Schnelle Algorithmen: Overlap-Add und Overlap- Save Verfahren; Optimalfilter: Wiener-Kolmogorff- und Kalman- Bucy-Filter; Adaptive Filter: Lineare Prädiktion, LMS, RLSSchätzverfahren; Anwendungen: Kanalschätzung, MAP- und MLDecodierung, Synchronisation.

Die Beherrschung der Grundlagen und grundlegenden Werkzeuge sowie die aktuellen Methoden und Algorithmen der Regelungstechnik werden den Studierenden in diesem Modul vermittelt. Ausgewählt wurden solche Methoden die tatsächlich im industriellen Einsatz sind, so dass die Lehrveranstaltung in die Lage versetzt, ein Gesamtsystem unter Einbeziehung regelungstechnischer Anteile zu konzeptionieren und zu realisieren.

Regelungstechnik II

Semester	2
Typ	Pflicht / Vorlesung
ECTS	4
Prüfungsart	Schriftliche Prüfung
Zustandsraumbeschreibung, Beobachtbarkeit, Steuerbarkeit, Modellidentifikation durch Parameterschätzung, Grundprinzip der prädiktiven Regelung, Adaptive Regelung auf der Basis deterministischer adaptiver Regler, Grundprinzip der Fuzzy Regler, Dead-Beat-Regler, nichtlineare Regelverfahren.

Regelungstechnik II

Semester	2
Typ	Pflicht / Übung
ECTS	2
Prüfungsart	Immanente Beurteilung

Signale, gemeint sind zeitliche Verläufe physikalischer Größen, wie Spannung, Temperatur, Helligkeit,... sind die Träger und Überbringer von Information. So überragend die Bedeutung von Signalen ist, so vielfältig sind ihre Formen. Die Bandbreite reicht vom Ausgangswert eines Temperatursensors, über die elektromagnetischen Wellen einer Funkverbindung bis zum Audiosignal, dass ein Orchester "erzeugt". Die Verarbeitung solcher Signale kann ganz unterschiedliche Ziele haben, beispielsweise die Erkennung des Gesichts einer Person auf einem Foto oder die MP3-Komprimierung eines Musiksignals um mehr Musikstücke im Speicher unterzubringen. Bei der Verarbeitung von Signalen, hat sich wie in vielen anderen Bereichen auch, längst das digitale Funktionsprinzip durchgesetzt. Die Beherrschung der hierbei engesetzten Verfahren wird von den beiden Lehrveranstalungen DSV2 und AVS3 detailliert vermittelt.

Audio/Video-Signalverarbeitung

Semester	3
Typ	Wahlpflicht / Integrierte Lehrveranstaltung
ECTS	6
Prüfungsart	Schriftliche Prüfung
Audio- und Video-Systeme; Psychoakustische und raumakustische Modelle; Quantisierung und AD/DA Wandlung von Signalen: Lineare- und nichtlineare Quantisierung, Spektralformung und Dithering, Zahlendarstellung, Nyquist- Abtastung und Delta-Sigma Modulation; Audio-Codierung: Entropie-Codierung (Huffman- Codierung), Lempel-Ziv-Codierung, MP3 (MPEG-1 Layer 3), AAC, DAB; Rekursive und nicht-rekursive Audio-Filter: Quantisierungseffekte, schnelle Faltung, overlap-add und overlap-save Verfahren; diskrete Transformationen: DFT, DCT, Wavelets und ihre schnellen Realisierungen; Video-Filter: Glättungs- und Konturfilter, nichtlineare Filter, Farbfilter; Video-Codierung: H.264, MPEG-2 und MPEG-4, JPEG-Standard; Hardware-Realisierungen von Audio- und Video- Algorithmen. Audio-Codierung: Entropie-Codierung (Huffman- Codierung), Lempel-Ziv-Codierung, MP3 (MPEG-1 Layer 3), AAC, DAB; Rekursive und nicht-rekursive Audio-Filter: Quantisierungseffekte, schnelle Faltung, overlap-add und overlap-save Verfahren; diskrete Transformationen: DFT, DCT, Wavelets und ihre schnellen Realisierungen; Video-Filter: Glättungs- und Konturfilter, nichtlineare Filter, Farbfilter; Video-Codierung: H.264, MPEG-2 und MPEG-4, JPEG-Standard; Hardware-Realisierungen von Audio- und Video- Algorithmen.

Die Projektarbeit im 3. Semester ist als Vorbereitung auf die Diplomarbeit vorgesehen. Durch das Projekt wird die wissenschaftlich fundierte Konkretisierung des Diplomarbeitsthemas unterstützt, sodass am Ende des Semesters ein klares Konzept für die Diplomarbeit vorliegt. Dies betrifft in der Hauptsache die inhaltliche Einengung der Themenstellung und gründliche Recherche bestehender Arbeiten. Dieses Projekt ist im Regelfall ein Einzelprojekt und sollte nach Möglichkeit bereits zusammen mit dem künftigen DA-Betreuer bzw. der künftigen DA-Betreuerin durchgeführt werden.

Vorprojekt Diplomarbeit

Semester	3
Typ	Pflicht / Projekt
ECTS	3
Prüfungsart	Immanente Beurteilung

Die AbsolventInnen lernen Techniken des Schreibens einer wissenschaftlichen Arbeit kennen und setzen diese anhand der eigenen Arbeit um. Durch Unterstützung und Feedback seitens des/der Betreuers/ Betreuerin vom FH-Studiengang ist ein schrittweises Vorgehen mit kontinuierlicher Qualitätsverbesserung gesichert.

Seminar zur Diplomarbeit

Semester	4
Typ	Pflicht / Seminar
ECTS	4
Prüfungsart	Immanente Beurteilung
Präsentation der Diplomarbeit (Vortrag) und Diskussion der Ergebnisse.

Es werden die Techniken des wissenschaftlichen Arbeitens vermittelt und die Studierenden werden in die Lage versetzt, problemspezifisch die relevanten Wissensquellen auszuwählen und inhaltlich zu nützen. Die Lehrveranstaltung vermittelt die Kenntnisse, um eigenständig eine formal korrekte wissenschaftliche Arbeit zu erstellen und diese Arbeit in den Kontext zum Stand der Technik zu setzen.

Wissenschaftliches Arbeiten

Semester	3
Typ	Pflicht / Seminar
ECTS	4
Prüfungsart	Immanente Beurteilung
Wesen der wissenschaftlichen Arbeit, eigene wissenschaftliche Aufbereitung von Sachverhalten, wissenschaftliche Sprache, Beschreibungsebenen, Planung von Experimenten, Umgang mit formalen Beschreibungen und mathematischer Notation, Nachvollziehbarkeit, Formen von Publikationen, Umgang mit wissenschaftlicher Literatur, Regeln des Publizierens.

Die mathematischen Grundlagen, wie sie aus Bachelorstudien mitgebracht werden, reichen meist weit genug, um viele ingenieurwissenschaftlichen Problemstellungen der Praxis zu bearbeiten. Bei entsprechender Spezialisierung stößt man jedoch an die Grenzen des eigenen mathematischen Know-hows. Diese Veranstaltung bietet die Gelegenheit, den persönlichen mathematischen Werkzeugkasten mit hochwertigem Arbeitsgerät aufzustocken. Insbesondere Studierenden, die Kompetenzen für den akademischen oder industriellen Forschungsbereich erwerben möchten, profitieren von dieser Lehrveranstaltung.

Advanced Mathematics

Semester	2
Typ	Wahl / Integrierte Lehrveranstaltung
ECTS	4
Prüfungsart	Schriftliche Prüfung
Partielle Differentialgleichungen der Technik: Diffusionsgleichung (parabolisch), Anfangswertprobleme, Laplace-Gleichung (elliptisch); Eigenwertproblem (Helmholz-Gleichung), Poisson-Problem (Greensche Funktion), Randwertproblem (Dirichlet- und Neumann-Randbedingungen), Wellengleichung (hyperbolisch), Schroedinger-Gleichung des Wasserstoffatoms; Lineare Algebra: Gaussalgorithmus, Eigenwertberechnung, QR-Zerlegung, Singulärwertzerlegung und Approximationsprobleme, Cholesky-Zerlegung positiv definiter Matrizen, CG-Verfahren, Lösung nichtlinearer Gleichungssysteme (Newton- Verfahren, Homotopieverfahren).

Der Entwurf digitaler noch mehr aber gemischt analog/digitaler (Mixed Signal) elektronischer Systeme wird durch die ständig steigende Leistungsfähigkeit der zur Verfügung stehenden Bauelemente zu einer immer komplexeren Aufgabe. Eine Verbindung zwischen zwei Bauteilen mag in einem Schaltplan ideal ausschauen, aber die Verbindung zwischen den beiden Bauteilanschlüssen, die auf einer Platine daraus wird, ist von diesem idealen Verhalten leider meilenweit entfernt. Schon bei Längen im unteren Zentimeterbereich muss eine solche Verbindung bei entsprechenden Signalfrequenzen als so genannte Leitung modelliert werden. Auch die Bauteile einer Schaltung selbst, müssen bei den heute üblichen Arbeitsfrequenzen deutlich genauer modelliert werden, als es in der Vergangenheit notwendig war. Diese und weitere Probleme moderner Schaltungen werden in der Veranstaltung betrachtet und Lösungsmöglichkeiten vermittelt. Eine zentrale Rolle spielen dabei die Themen Signalintegrität und passive wie aktive elektromagnetische Verträglichkeit.

Mixed Signal- und HF-Design

Semester	2
Typ	Pflicht / Integrierte Lehrveranstaltung
ECTS	4
Prüfungsart	Schriftliche Prüfung
Grundlagen der Hochfrequenztechnik: Telegraphengleichungen, Leitungsmodellierung, Wellenausbreitung, Impulse auf Leitungen, S- Parameter, Anpassung, Smith- Diagramm, Rauschen; Bauelemente der HF-Technik: Wellenleiter, Antennen, Transistoren (MESFETs, pHEMTs, LDMOS-Fets, RFICs, MMICs, Dioden); Passive HF- Bauelemente (Stecker, Kapazitäten, Induktivitäten, Substrate), LNA, PA, Mischer, PLLs, Filter, Technologieübersicht (CMOS, SiGe, GaAs, GaN, Dünnfilm, LTCC); Messtechnik und Messgeräte: Spektrum Analyzer und Spektralanalyse, Vector Network Analyzer und - - Netzwerkanalyse, Zeitbereichsreflektometrie, Antennenmessungen; Funksysteme (Auswahl): Cellulare Systeme (GSM, UMTS), WLAN, Bluetooth, ZigBee, UWB; Entwurf von Baugruppen insbesonders PCB-Entwurf: Übersprechen, Steckverbinder, Packages, Vias; Signal Integrity: Störungen auf Signalen, Signalführung auf Leitungen, Different. Signalführung, LVDS; Elektrische Ebene von Bussystemen: PCI-Express, Ininiband, Ethernet, USB; Modellierung und Simulation im Hochfrequenzbereich; EMV-Problematik und Methoden zu deren Beherrschung;

Die AbsolventInnen sind mit den wichtigsten Schnittstellen zur analogen Außenwelt, nämlich einerseits der Eingabeseite (Sensorik) und andererseits der Ausgabeseite (Aktorik) ebenso vertraut wie mit den Grenzen der digitalen Modellierung elektronischer Schaltungen, welche die Beherrschung analoger Analyse- und Entwurfsmethoden erfordert.

Sensorik und Aktorik

Semester	2
Typ	Wahl / Integrierte Lehrveranstaltung
ECTS	4
Prüfungsart	Schriftliche Prüfung
Überblick der Sensortechnologie: Sensoren und Ersatzschaltbilder für physikalischen Größen (z.B. der Optik, Wärmelehre, Mechanik, Elektrodynamik,...); Schaltungstechnik zur Anbindung dieser Sensoren an Embedded Systems; Auswertung von Messergebnissen im digitalen Bereich; Überblick der Antriebstechnologie: DC-Motoren, Stepper, BLDCMotoren, Asynchronmotoren; Verhaltensmodellierung von Antrieben; Leistungshalbleiter und Schaltungen zur Ansteuerung von Motoren

Die AbsolventInnen besitzen detaillierte Kenntnisse über den Aufbau und die Struktur von RFID und NFC Systemen. Sie/er kennt die Unterschiede der verschiedenen RFID und NFC Technologien. Sie/er kann eigene RFID/NFC Anwendungen für embedded Systeme entwerfen und kennt die Probleme bei der Einbindung und die technologischen Grenzen.

Smart Cards, RFID, NFC

Semester	2
Typ	Wahl / Vorlesung
ECTS	4
Prüfungsart	Schriftliche Prüfung
Einführung, Grundbegriffe von RFID-Systemen, Unterscheidungsmerkmale vom RFID-Systemen (Bauformen, Frequenz, Reichweite, Informationsverarbeitung im Transponder, Sicherheitsfeatures); Grundlegende Funktionsweise (Feld, Datenübertragung); Smartcards (JavaCard, BasicCard, Mifare, Mifare DES Fire, Legic); Integration von RFID/NFC in Embedded Systems; Modi von NFC (Reader/Writer, Peer-2-Peer, Tag-Emulation); Polling-Loop und Mode-Switch-Verfahren; Anwendungsbeispiele RFID und NFC (Payment, Logistik)

Die Studierenden erlangen Kenntnisse in der fortgeschrittenen Software-Entwicklung mit Unix-Derivaten und erlernen mittels Hochsprachen auf Embedded Systems zu programmieren. Mit der großen Breite der Optimierungen auf Ebene von Templates sowie den Techniken der aspektorientierten Software-Entwicklung sind die AbsolventInnen ebenfalls vertraut.

Advanced Software Development

Semester	3
Typ	Pflicht / Vorlesung
ECTS	4
Prüfungsart	Schriftliche Prüfung
Software-Entwicklung unter Unix bzw. Unix-Derivaten und praktische Behandlung von Themen wie Kernelprogrammierung, Entwicklung von Modu-len, Arbeiten mit Interprozesskommunikation und Signalen, Netzwerk-Kommunikation, Shared Ob-jects, Widgets, Benutzerschnittstellen. High-Level Software-Entwicklung für Limited De-vices: Entwicklung mittels Embedded C++ (EC++) bzw. mit C# und dem .NET Compact Framework und/oder mit Java und der Java Micro-Edition. Fortgeschrittene Entwicklungstechniken: generische Programmierung, partielle Template Spezialisierung, Compile-Time-Programming bzw. Template-Metaprogrammierung, Aspektorientierte Program-mierung (AOP). Erarbeitung der theoretischen Hintergründe und praktische Umsetzung anhand konkreter Anwen-dungsbeispiele.

Damit Prozessoren (CPUs) das tun, was wir von ihnen möchten, brauchen sie Anweisungen und Befehle in Maschinencode. Dabei kann jeder einzelne Prozessortyp seinen ganz eigenen Befehlssatz haben oder über spezielle Erweiterungen verfügen. Compiler transformieren den Programmcode einer Programmiersprache wie C oder C++ in diese spezifische Maschinensprache und unterstützen damit diese verschiedenen Plattformen. Eine wirtschaftliche Vorgangsweise, die nebenbei noch Optimierungen für die Ziel-Hardware ermöglicht. Entwickelt man seinen eigenen Prozessor, was im Rahmen dieses Studiums passiert, dann benötigt man einen eigenen Compiler. Diese Lehrveranstaltung vermittelt die nötigen Kenntnisse, die dafür erforderlich sind: Entwicklung von Übersetzern (Compilern) und Linkern bis hin zur systematischen Erzeugung von Binärcode, sowie den Grundzügen der hardware-spezifischen Code-Optimierungstechniken.

Compilerbau

Semester	3
Typ	Wahl / Integrierte Lehrveranstaltung
ECTS	4
Prüfungsart	Schriftliche Prüfung
1. Grundlagen + Abgrenzung und Einteilung + Architektur 2. Das Frontend + Lexikalische Analyse + Syntaktische Analyse + Semantische Analyse + Attributierte Grammatiken + Parsergeneratoren 3. Die Zwischencodeerzeugung + Symboltabellen + Syntaxbäume + Drei-Adress-Code + Typen und Deklarationen 4. Das Backend + Aspekte für den Entwurf eines Codegenerators + Verfahren der Coderzeugung + Grundblöcke und Flussgraphen + Registervergabe und -zuweisung 5. Optimierungen + Konstantenfaltung u. algebraische Vereinfachung + Schleifenoptimierungen + Inlining von Funktionen + Peephole-Optimierung In der Veranstaltung wird projektorientiert vorgegangen und die einzelnen Phasen eines Compilers anhand eines praktischen Beispiels umgesetzt. Das Projekt umfasst die Entwicklung eines vollwertigen Compilers, der für eine einfache Sprache Maschinencode erzeugt.

Dynamik, Komplexität und Vernetzung nehmen immer stärker zu. Sie begünstigen sich gegenseitig und sind zunehmend der Grund für Probleme in vielen Systemen. Mit der Kybernetik gibt es eine eigene Disziplin in den Naturwissenschaften, die sich mit der Beherrschung von Komplexität und ihren Begleiterscheinungen beschäftigt. Die Kybernetik ist die Wissenschaft des Funktionierens. Sie beschreibt mit ihren Naturgesetzen die Basis, die funktionsfähige Systeme - und zwar aller Art (Technik, Wirtschaft, Gesellschaft) - erfüllen müssen. Hier gibt es anerkannte Gesetze wie etwa das Gesetz der erforderlichen Varietät oder auch das Modell des lebensfähigen Systems. Diese Konzepte und Gesetze sind nicht nur in der Informatik und Elektronik bzw. den Embedded Systems gültig, sondern in allen Systemen. Die Kybernetik ist eine Basiswissenschaft, welche der Praktiker kennen muss, wenn er funktionierende Systeme entwickeln möchte. Deshalb lohnt sich die Beschäftigung mit der Kybernetik über diese Veranstaltung hinaus.

Grundlagen der Kybernetik

Semester	3
Typ	Wahl / Vorlesung
ECTS	2
Prüfungsart	Schriftliche Prüfung
Grundlagen der Kybernetik, kybernetische Gesetzmäßigkeiten, Communication & Control, Law of Requisite Variety, Viable System Model, Sensitivitätsmodell, Grundregeln der Biokybernetik, Zirkularität und Rückkopplung, komplex vs kompliziert, Komplexität und Dynamik vernetzter Systeme, Rekursivität und die Theorie verschachtelter Systeme, Selbstorganisation und Selbstregulierung, zentrale und dezentrale Steuerung von Systemen, Eigensteuerung und Fremdsteuerung, Kybernetik und Digitaltechnik.

Computersimulationen sind heute in der Industrie ein wesentlicher Wirtschaftsfaktor und nicht mehr wegzudenken: Anstatt das neue Fahrzeug tatsächlich gegen die Wand zu fahren um das Crash-Verhalten zu beurteilen, bedient man sich einer realitätsnahen Simulation. Diese Simulationen sind allerdings äußerst rechenintensiv, weshalb sie nicht auf Desktoprechnern, sondern auf speziellen Großrechnern ablaufen, wo mehrere 100.000 Prozessoren in einem Verbindungsnetzwerk arbeiten. Für die Software-Entwicklung bedeutet das eine andere Form der Herangehensweise, um die Aufgaben in solchen Message-Passing-Systemen umzusetzen. In der Lehrveranstaltung wird gezeigt, wie man diese spezielle Art der Parallelität in Mehrprozessor- und Mehrrechnersystemen als ein Mittel zur Leistungssteigerung von Applikationen (High-Performance-Computing) einsetzen kann.

Software-Entwicklung für Parallele Systeme

Semester	3
Typ	Wahl / Integrierte Lehrveranstaltung
ECTS	4
Prüfungsart	Schriftliche Prüfung
Einführung und Überblick, Grundlagen des High-Performance-Computing in Bezug auf gängige Hardware- und Softwarearchitekturen, Parallel-Software-Engineering (PCAM), Werkzeuge für die Entwicklung, das Debuggen und die Performancemessung in Mehrprozessor- und Mehrrechnersystemen, allgemeine und spezielle parallele Algorithmen aus verschiedenen Themenfeldern, weitere ausgewählte Themen (Load-Balancing)

Die AbsolventInnen erwerben Fähigkeiten und Fertigkeiten, die für das Management von technischen Projekten und deren Präsentation hilfreich sind. In den Lehrveranstaltungen dieses Moduls werden einerseits die maßgeblichen Konzepte und Methoden systematisch erarbeitet, anderseits wird auf deren praktische Umsetzung unter Berücksichtigung aktueller Entwicklungen eingegangen. Gegenstand dieses Moduls sind Management- Praktiken aus den Bereichen Qualität, Personal, Zeit, Produkt und Kosten. Die AbsolventInnen erlangen das nötige Wissen, um selbstständig Industrieprojekte zu führen und nach außen zu präsentieren.

Präsenz und Stimme

Semester	1
Typ	Wahl / Übung
ECTS	1
Prüfungsart	Immanente Beurteilung
Sprechtechnik und Ausspracheregeln, Gesetze der Bühne, richtiger Stimmeinsatz, Spannungsaufbau und Pausen, gezielte Inhaltsvermittlung, Gewinnen von Aufmerksamkeit. Freies Sprechen vs. Texte gestalten, Sprechstil und Auftreten. Innere und äußere Haltung – der körperliche Ausdruck. Vermittlung von Methoden wie der Schauspielarbeit, der Technik des Improvisationstheaters und der Körperarbeit. Stimmtraining

Die AbsolventInnen erwerben Fähigkeiten und Fertigkeiten, die für das Management von technischen Projekten und deren Präsentation hilfreich sind. In den Lehrveranstaltungen dieses Moduls werden einerseits die maßgeblichen Konzepte und Methoden systematisch erarbeitet, anderseits wird auf deren praktische Umsetzung unter Berücksichtigung aktueller Entwicklungen eingegangen. Gegenstand dieses Moduls sind Management- Praktiken aus den Bereichen Qualität, Personal, Zeit, Produkt und Kosten. Die AbsolventInnen erlangen das nötige Wissen, um selbstständig Industrieprojekte zu führen und nach außen zu präsentieren.

Qualitätsmanagement

Semester	1
Typ	Wahl / Vorlesung
ECTS	1
Prüfungsart	Schriftliche Prüfung
Vermitteln eines soliden Grundwissens über Qualitätsmanagement und vorstellen der normierten Grundsätze von Qualitätsmanagementsystemen. Erarbeiten der wesentlichen Elemente der Norm ISO 9001:2000 und hinführen zu einem angemessenen Qualitätsverständnis. Analysieren von prozessorientierten Abläufen und identifizieren von Qualitätskriterien für verschiedene Prozesse wie z.B. Hard- und Softwareentwicklung, Projektabwicklung und Unternehmensmanagement. Aufzeigen von Wechselbeziehungen und -wirkungen von Prozessen und Qualitätskriterien im unternehmerischen und projektorientierten Umfeld.

Die AbsolventInnen erwerben Fähigkeiten und Fertigkeiten, die für das Management von technischen Projekten und deren Präsentation hilfreich sind. In den Lehrveranstaltungen dieses Moduls werden einerseits die maßgeblichen Konzepte und Methoden systematisch erarbeitet, anderseits wird auf deren praktische Umsetzung unter Berücksichtigung aktueller Entwicklungen eingegangen. Gegenstand dieses Moduls sind Management- Praktiken aus den Bereichen Qualität, Personal, Zeit, Produkt und Kosten. Die AbsolventInnen erlangen das nötige Wissen, um selbstständig Industrieprojekte zu führen und nach außen zu präsentieren.

Zeitmanagement

Semester	1
Typ	Wahl / Übung
ECTS	1
Prüfungsart	Immanente Beurteilung
Ziele setzen, Übersicht verschaffen Ziel-Mittel-Analyse (Mindmap), Prioritäten setzen (ABC-Analyse, Mission Statement, Pareto-Prinzip, Eisenhower-Methode, Salami-Taktik, Getting Things Done, Delegieren) Planen (Schriftlich Planen, Mehrere Zeithorizonte, ALPEN-Methode, Leistungskurve, Goldene Stunde, Ziel- und Zeitplanbuch, Bündelung, Entlastungsfragen) Motivation (Positive Einstellung, Erfolgskontrolle, Erfolgserlebnis, Methoden zur Überbrückung von Motivationslöchern)

Die AbsolventInnen erwerben Fähigkeiten und Fertigkeiten, die für das Management von technischen Projekten und deren Präsentation hilfreich sind. In den Lehrveranstaltungen dieses Moduls werden einerseits die maßgeblichen Konzepte und Methoden systematisch erarbeitet, anderseits wird auf deren praktische Umsetzung unter Berücksichtigung aktueller Entwicklungen eingegangen. Gegenstand dieses Moduls sind Management- Praktiken aus den Bereichen Qualität, Personal, Zeit, Produkt und Kosten. Die AbsolventInnen erlangen das nötige Wissen, um selbstständig Industrieprojekte zu führen und nach außen zu präsentieren.

Management und Wirtschaft

Semester	3
Typ	Wahl / Übung
ECTS	2
Prüfungsart	Immanente Beurteilung
Die Veranstaltung behandelt bedeutende Themen, die für den Berufseinstieg und das weitere Berufsleben wichtig sind und jeden Erwerbstätigen treffen. Eine Mischung aus Management und ökonomischer Bildung - direkt aus der Praxis der Arbeitswelt und des Managements: Aufgaben & Werkzeuge des Managements, Arbeitsmethodiken, Dynamik von Teams in Projekten, Erfolgs- und Misserfolgsfaktoren von Projekten, Mystisches Mannmonat, Kosten und Aufwände, Schätzproblematik, Requirements Creep, uvm. Ökonomische Bildung für den Berufseinstieg: Dienstvertrag, Konkurrenzklauseln, Vergütungsart und Pauschalen, Überstunden, Fristen, Kollektivvertrag, branchenübliche Vergütung, Stundenlohn, Überstunden und Mehrstunden, Bewerbungstipps inkl. Assessment-Center (AC), Karrieremodelle, uvm.