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Einrichtungen und Labore

Labor für Eingebettete Systeme   <<



Raum 2/557
Telefon +49 (0)711 8926 ...

Laborleiter:

Prof. Dr. Stefan Knauth
Telefon +49 (0)711 8926 2966
Telefax +49 (0)711 8926 2553
stefan.knauth@hft-stuttgart.de

Laborbeschreibung

Unter „Eingebetteten Systemen“ versteht man in der Informatik Rechnersysteme, die in einen größeren technischen Zusammenhang eingebettet sind, beispielsweise in ein Auto, eine Armbanduhr, ein Mobiltelefon oder einen Satelliten. Viele dieser Systeme besitzen sehr kompakte kostengünstige und auf Mikrocontrollern basierende Hardware.

Die Technische Informatik ist nicht wesentlicher Bestandteil der Ausrichtung unserer Informatik-Studiengänge. Grundlagenwissen im Bereich der eingebetteten Systeme gehört jedoch allgemein zum Curriculum eines Informatikstudiums. Ein nicht unwesentlicher Teil der Informatikabsolventinnen und -Absolventen unserer Hochschule findet einen Arbeitsplatz in Unternehmen, die direkt oder indirekt im Markt für eingebettete Systeme operieren oder solche Systeme in ihren Produkten einsetzen.

Deshalb wurde bereits bisher in verschiedenen Veranstaltungen, mit viel persönlichem Engagement und Improvisationskunst der beteiligten Assistentinnen und Assistenten sowie Dozentinnen und Dozenten, an der HFT das Thema Mikrocontroller unterrichtet. Durch die Einrichtung des Labors soll dieser Unterricht auf ein angemessenes Fundament gesetzt werden. Das Labor wird aber auch darüber hinausgehende Möglichkeiten bieten. Die drei Schwerpunkte des Labors sind: Lehre, Werkstatt für Eingebettete Systeme und angewandte Forschung.

Lehre

Die Hauptaufgabe des Labors ist die Ermöglichung einer dem Thema im Kontext unserer Studiengänge angemessenen Qualität der Ausbildung.

Hierzu arbeiten unsere Studierende im Labor für eingebettete Systeme anhand von echter Mikrocontroller Hardware zum einen in Form vom Entwicklungsboards, zum anderen mit von Mikrocontrollern gesteuerten Kleinrobotern. Die Plattformen sind international in Industrie, Forschung und Lehre weit verbreitet und auch bei uns bereits eingeführt. Unsere bisherigen Erfahrungen zeigen, dass diese Lehrform in Verbindung mit theoretischem Unterricht von den Studierenden sehr geschätzt wird.

Für speziellere Veranstaltungen ist weitere Hardware verfügbar bzw. vorgesehen, beispielsweise Funkknoten und Gateways für Sensornetzwerke, Kartenlese- und Programmiergeräte für Smartcards etc.

Die Unterrichtsausstattung des Labors sieht zunächst 12 Arbeitsplätze an 6 Labortischen vor. Die Doppel-Arbeitsplätze sind neben PC-Ausstattung und Mikrocontroller-Hardware mit Oszilloskopen und weiterem Zubehör ausgestattet, um die Prinzipien der Steuerung einfacher Peripherie wie Motoren, serielle Schnittstellen etc. studieren zu können. Die PC Software Grundausstattung besteht aus den notwendigen Entwicklungsumgebungen mit darin enthaltenen Simulatoren sowie Möglichkeiten zum Programmieren der Hardware.

Für die Unterrichtsgestaltung ist ein Dozentenarbeitsplatz mit Projektion via großem Flachbildschirm an der Wand geplant.

Der Einsatz des Labors ist in folgenden Veranstaltungen vorgesehen:

  • Mikrocontroller (Informatik/Mathematik):
    Intensive Beschäftigung mit Mikrocontrollern. Themen: Arbeitsweise, Embedded CProgrammierung. Eingabe / Ausgabe (z.B. einfache digitale I/O, PWM am Beispiel Dimmer / Motorsteuerung, Tonausgabe auf einem Lautsprecher), Interrupts
  • Rechnerarchitekturen (Informatik):
    "Schnupperkurs Assembler" zum Studium der Arbeitsweise von Mikroprozessoren
  • Pervasive Computing (Informatik, Informationslogistik, Wirtschaftsinformatik):
    Programmierung, Aufbau und Betrieb von Sensornetzwerken (IEEE802.15.4 / ZigBee), Java Programmierung auf Smartcards, etc.

Es bestehen Beziehungen zu weiteren Veranstaltungen, z.B. Compilerbau (Test von einfachen Codeumsetzern) oder Programmieren 3 (C/C++ Programmierung).

Werkstatt für Eingebettete Systeme

Im Labor wird für Mitarbeiter und Professoren ein kleiner Arbeitsplatz mit Werkzeug, Lötkolben, Material etc. zur Durchführung von Elektronik-Arbeiten zur Verfügung stehen. Ein solcher Arbeitsplatz ist notwendig, um kleine Erweiterungen, Ansteuerungen oder auch nur Adapterstecker zwischen den Mikrocontroller-Boards und beispielsweise neuen Sensoren herzustellen. Die Einsatzmöglichkeiten des Labors werden durch die Möglichkeit des Erstellens kleinerer Hardwaremodifikationen- und Erweiterungen äußerst flexibel und der Unterricht durch die mögliche Einbeziehung verschiedenster Geräte für die Studenten noch attraktiver.

Die Werkstatt für eingebettete Systeme kann natürlich auch ohne direkten Bezug zu einer Veranstaltung genutzt werden. Beispielsweise für immer mal anfallende Reparatur- oder Umbauarbeiten etwa an Verkabelungen oder Anschlüssen von Computerperipherie. Forschungsprojekte im Bereich der eingebetteten Systeme beinhalten meist die Nutzung von echter- oder sogenannter Dummy-Hardware, die auf irgend einer Weise mit einem System, sei es ein Controller oder ein PC, verbunden werden muss. Die genannte Ausstattung ermöglicht es in den meisten Fällen, solche Arbeiten schnell im Hause durchzuführen und nicht zeitraubend von externen Dienstleistern oder Forschungspartnern realisieren lassen zu müssen.

Forschung / PR

Forschung im Bereich der eingebetteten Systeme ist wie bereits erwähnt meist an reale Hardware gebunden und ohne ein entsprechendes Labor praktisch nicht möglich. Schon bei der Partnersuche und bei der Aufgleisung von Forschungsprojekten ist deshalb ein vorzeigbares Labor für Eingebettete Systeme äußerst hilfreich.

Themenschwerpunkte für Forschungsprojekte sind zunächst die Bereiche Assistenzsysteme (AAL), Gebäudeautomation, Sensornetzwerke und Ultraschall-Lokalisierung. In diesem Bereich besteht großes Know-How und ein gewachsenes Netzwerk (z.B. iHomeLab, Hochschule Luzern, Siemens Building Automation, Digitalstrom.org, ETHZ, Landis+Gyr, TU Wroclaw). 2/3 Hochschule für Technik Stuttgart Fakultät für Vermessung, Informatik und Mathematik Mit Hilfe des Labors soll dieses vorhandene Netzwerk wieder verstärkt genutzt werden, idealerweise durch Mitarbeit in internationalen Forschungsprojekten, und vor allem neue Partner aus der Region beispielsweise für angewandte Forschungsprojekte und/oder als Mitausstatter gewonnen werden.

Das Labor kann natürlich auch für Projekte auf anderen Gebieten genutzt werden. Geplant ist, den Bereich Automotive mit Hilfe von lokal ansässigen Partnerunternehmen auszubauen und auch in der Ausbildung konkreter zu behandeln.

Weiterer Nutzen

Gerade Schüler, die an Informationsveranstaltungen der HFT teilnehmen, sind von eingebetteten Systemen, speziell den kleinen Robotern, meist recht angetan. Die bereits eingeführten erfolgreichen Veranstaltungen zu eingebetteten Systemen im Zusammenhang mit dem Studieninfotag / Informatiktag und den MineMINT Thementagen finden im Labor für Eingebettete Systeme ein würdiges Domizil.