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368 lines
13 KiB
TeX
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TeX
4 years ago
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% Options for packages loaded elsewhere
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\PassOptionsToPackage{unicode}{hyperref}
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\PassOptionsToPackage{hyphens}{url}
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%
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\documentclass[
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]{article}
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\usepackage{amsmath,amssymb}
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\usepackage{lmodern}
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\usepackage{iftex}
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\ifPDFTeX
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\usepackage[T1]{fontenc}
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\usepackage[utf8]{inputenc}
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\usepackage{textcomp} % provide euro and other symbols
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\else % if luatex or xetex
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\usepackage{unicode-math}
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\defaultfontfeatures{Scale=MatchLowercase}
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\defaultfontfeatures[\rmfamily]{Ligatures=TeX,Scale=1}
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\fi
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% Use upquote if available, for straight quotes in verbatim environments
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\IfFileExists{upquote.sty}{\usepackage{upquote}}{}
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\IfFileExists{microtype.sty}{% use microtype if available
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\usepackage[]{microtype}
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\UseMicrotypeSet[protrusion]{basicmath} % disable protrusion for tt fonts
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}{}
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\makeatletter
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\@ifundefined{KOMAClassName}{% if non-KOMA class
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\IfFileExists{parskip.sty}{%
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\usepackage{parskip}
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}{% else
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\setlength{\parindent}{0pt}
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\setlength{\parskip}{6pt plus 2pt minus 1pt}}
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}{% if KOMA class
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\KOMAoptions{parskip=half}}
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\makeatother
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\usepackage{xcolor}
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\IfFileExists{xurl.sty}{\usepackage{xurl}}{} % add URL line breaks if available
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\IfFileExists{bookmark.sty}{\usepackage{bookmark}}{\usepackage{hyperref}}
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\hypersetup{
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hidelinks,
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pdfcreator={LaTeX via pandoc}}
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\urlstyle{same} % disable monospaced font for URLs
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\setlength{\emergencystretch}{3em} % prevent overfull lines
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\providecommand{\tightlist}{%
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\setlength{\itemsep}{0pt}\setlength{\parskip}{0pt}}
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\setcounter{secnumdepth}{-\maxdimen} % remove section numbering
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\ifLuaTeX
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\usepackage{selnolig} % disable illegal ligatures
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|
\fi
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\author{}
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\date{}
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\begin{document}
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|
\hypertarget{osi}{%
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|
\section{OSI}\label{osi}}
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\begin{table}[]
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\begin{tabular}{lllllll}
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& Daten & Layer & Name & Protokolbeispiel & Hardware & \\
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|
& \cellcolor[HTML]{9AFF99} & \cellcolor[HTML]{9AFF99}7 & \cellcolor[HTML]{9AFF99}Application Layer & \cellcolor[HTML]{9AFF99}HTTP, FTP, DNS, SNMP, Telnet & \cellcolor[HTML]{9AFF99}PC & \cellcolor[HTML]{9AFF99}Netzwerkprozess zur Applikation \\
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|
& \cellcolor[HTML]{9AFF99} & \cellcolor[HTML]{9AFF99}6 & \cellcolor[HTML]{9AFF99}Presentation Layer & \cellcolor[HTML]{9AFF99}SSL, TLS & \cellcolor[HTML]{9AFF99} & \cellcolor[HTML]{9AFF99}Verschlüsselung, Darstellung der Daten \\
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|
& \multirow{-3}{*}{\cellcolor[HTML]{9AFF99}Data} & \cellcolor[HTML]{9AFF99}5 & \cellcolor[HTML]{9AFF99}Session Layer & \cellcolor[HTML]{9AFF99}NetBIOS, PPTP & \cellcolor[HTML]{9AFF99} & \cellcolor[HTML]{9AFF99} \\
|
||
|
|
\multirow{-4}{*}{Host Layers} & \cellcolor[HTML]{67FD9A}Segments & \cellcolor[HTML]{67FD9A}4 & \cellcolor[HTML]{67FD9A}Transport Layer & \cellcolor[HTML]{67FD9A}TCP, UDP & \cellcolor[HTML]{67FD9A} & \cellcolor[HTML]{67FD9A}Ende zu Ende verbindung (Handshake) \\
|
||
|
|
& \cellcolor[HTML]{FFFC9E}Packets & \cellcolor[HTML]{FFFC9E}3 & \cellcolor[HTML]{FFFC9E}Network Layer & \cellcolor[HTML]{FFFC9E}IP, ARP, ICMP, IPSec & \cellcolor[HTML]{FFFC9E}Switch, Router & \cellcolor[HTML]{FFFC9E}Logische Adressierung und Pfadfindung \\
|
||
|
|
& \cellcolor[HTML]{FFCE93}Frames & \cellcolor[HTML]{FFCE93}2 & \cellcolor[HTML]{FFCE93}Data Link Layer & \cellcolor[HTML]{FFCE93}PPP, ATM, Ethernet & \cellcolor[HTML]{FFCE93}Switch, Bridge & \cellcolor[HTML]{FFCE93}Physikalische Adressierung mittels MAC \\
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||
|
|
\multirow{-3}{*}{Media Layers} & \cellcolor[HTML]{FFCCC9}Bits & \cellcolor[HTML]{FFCCC9}1 & \cellcolor[HTML]{FFCCC9}Physical Layer & \cellcolor[HTML]{FFCCC9}Ethernet, USB, Bluetooth, IEEE802.11 (Wifi) & \cellcolor[HTML]{FFCCC9}Kabel, Hubs & \cellcolor[HTML]{FFCCC9}Media, signal und binäre Übertragung
|
||
|
|
\end{tabular}
|
||
|
|
\end{table}
|
||
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|
|
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|
\hypertarget{embedded-systems}{%
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|
\section{Embedded Systems}\label{embedded-systems}}
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|
\begin{quote}
|
||
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|
Ein \textbf{verteiltes System} besteht aus Komponenten, die räumlich
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|
|
oder logisch verteilt sind und mittels einer Kopplung bzw. Vernetzung
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|
zum Erreichen der Funktionalität des Gesamtsystems beitragen.
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|
\end{quote}
|
||
|
|
|
||
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|
\begin{quote}
|
||
|
|
Ein \textbf{Steuergerät} (engl. Electronic Control Unit, ECU) ist die
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|
physikalische Umsetzung eines eingebetteten Systems. In mechatronischen
|
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|
|
Systemen bilden Steuergeräte und Sensorik/Aktuatorik oft eine Einheit.
|
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|
|
\end{quote}
|
||
|
|
|
||
|
|
\begin{quote}
|
||
|
|
Wird Elektronik zur Steuerung und Regelung mechanischer Vorgänge
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|
|
räumlich eng mit den mechanischen Systembestandteilen verbunden, so
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|
sprechen wir von einem \textbf{mechatronischen System}. Der
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|
|
Forschungsbereich der sich mit der Entwicklung mechatronischer Systeme
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|
befasst nennt sich \textbf{Mechatronik}.
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|
\end{quote}
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|
|
\hypertarget{klassifikation-und-charakteristika}{%
|
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|
\subsection{Klassifikation und
|
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|
Charakteristika}\label{klassifikation-und-charakteristika}}
|
||
|
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|
||
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|
\hypertarget{technische-auspregung}{%
|
||
|
|
\subsubsection{Technische Auspregung}\label{technische-auspregung}}
|
||
|
|
|
||
|
|
\begin{itemize}
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||
|
|
\tightlist
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
\textbf{kontinuierliche} Systeme
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
\textbf{diskreten} Systeme
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
\textbf{verteilten} Systeme
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
\textbf{monolithischen} Systeme
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
\textbf{hybriden} Systeme (sowohl kontinuierlichs als auch diskretes
|
||
|
|
Verhalten)
|
||
|
|
\end{itemize}
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|
||
|
|
\begin{quote}
|
||
|
|
Systeme die sowohl kontinuierliche (analoge), als auch diskrete
|
||
|
|
Datenteile (wertkontinuierlich) verarbeiten und/oder sowohl über
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||
|
|
kontinuierliche Zeiträume (zeitkontinuierlich), als auch zu diskreten
|
||
|
|
Zeitbpunkten mit ihrer Umgebung interagieren, heißen \textbf{hybrid
|
||
|
|
Systeme}.
|
||
|
|
\end{quote}
|
||
|
|
|
||
|
|
\hypertarget{sicherheitsrelevanz}{%
|
||
|
|
\subsubsection{Sicherheitsrelevanz}\label{sicherheitsrelevanz}}
|
||
|
|
|
||
|
|
\begin{itemize}
|
||
|
|
\tightlist
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
\textbf{Sicherheitskritische} Systeme (wenn Menschenleben oder die
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|
|
Unversehrtheit von Einrichtungen abhängt) z.B. Avionik, Medizintechnik
|
||
|
|
und Kraftfahrzeugbereich
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
\textbf{nicht Sicherheitskritische} Systeme z.B. Konsumelektronik
|
||
|
|
hauptsächlich nicht Sicherheitskritische Systeme
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
\textbf{Zeitkritische} Systeme
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
\textbf{nicht Zeitkritische} Systeme
|
||
|
|
\end{itemize}
|
||
|
|
|
||
|
|
\hypertarget{produktkategorien}{%
|
||
|
|
\subsubsection{Produktkategorien}\label{produktkategorien}}
|
||
|
|
|
||
|
|
\begin{itemize}
|
||
|
|
\tightlist
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Telekommunikation ( Telefon, Fax, etc.)
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Haushalt (Waschmaschine, Mikrowelle, Fernseher, etc.)
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Periphere Geräte (Tastatur, Modem, Drucker, etc.)
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Bürotechnik (Kopierer, Schreibmaschine etc.)
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Geräte für Freizeit, Hobby und Garten
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Automobiltechnik (ABS, Wegfahrsperre, Navigationssysteme, etc.)
|
||
|
|
|
||
|
|
\begin{itemize}
|
||
|
|
\tightlist
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Massenmarkt für eingebettete Systeme
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
häufig Zeit- und zunehmend auch sicherheitskritisch
|
||
|
|
\end{itemize}
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Öffentlicher Verkehr (Fahrkartenautomat, etc.)
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Luft- und Raumfahrttechnik
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Fertigungstechnik
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Steuerungs- und Regelungstechnik, Medizintechnik, Umwelttechnik,
|
||
|
|
Militärtechnik
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Avionik (Flugzeugbau)
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
uvm
|
||
|
|
\end{itemize}
|
||
|
|
|
||
|
|
\hypertarget{klassifikation}{%
|
||
|
|
\subsubsection{Klassifikation}\label{klassifikation}}
|
||
|
|
|
||
|
|
\hypertarget{transformationelle-systeme}{%
|
||
|
|
\paragraph{Transformationelle
|
||
|
|
Systeme}\label{transformationelle-systeme}}
|
||
|
|
|
||
|
|
\begin{itemize}
|
||
|
|
\tightlist
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Eingaben müssen zu beginn der Systemverarbeitung vollständig vorliegen
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Ausgaben nur verfügbar wenn die Verarbeitung vollständig terminiert
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Keine interaktion während der Verarbeitung möglich (=\textgreater{}
|
||
|
|
kein Einfluss auf die Ergebnisse)
|
||
|
|
\end{itemize}
|
||
|
|
|
||
|
|
\hypertarget{interaktive-systeme}{%
|
||
|
|
\paragraph{Interaktive Systeme}\label{interaktive-systeme}}
|
||
|
|
|
||
|
|
\begin{itemize}
|
||
|
|
\tightlist
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Ausgabe nicht nur bei Terminierung
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Interaktion und Synchronisierung mit der Umgebung
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Interaktion wird durch das System bestimmt
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
proaktive Synchronisierung durch das System
|
||
|
|
\end{itemize}
|
||
|
|
|
||
|
|
\hypertarget{reaktive-systeme}{%
|
||
|
|
\paragraph{reaktive Systeme}\label{reaktive-systeme}}
|
||
|
|
|
||
|
|
\begin{quote}
|
||
|
|
Ein reaktives System kann aus Software und/oder Hardware bestehen und
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||
|
|
setzt Eingabeereignisse deren zeitliches Auftreten meist nicht
|
||
|
|
vorhergesagt werden kann - oftmals aber nicht notwendigerweise unter
|
||
|
|
EInhaltung von Zeitvorgaben - in Ausgabeereignisse um.
|
||
|
|
\end{quote}
|
||
|
|
|
||
|
|
\begin{itemize}
|
||
|
|
\tightlist
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Synchronisierung dich Systemumgebung
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Reagieren auf ihre Umwelt
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Arbeiten häufig Nebenläufig
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
müssen sehr zuverlässig sein
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
müssen Zeitschranken einhalten (Echtzeitsysteme)
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
sind in Hardware als auch Software realisiert
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
werden in komplexen, verteilten Systemplattformen implementiert
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Die funktionale Korrektheit ist ein wichtiger Faktor der Entwicklung
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
eingebettet in komplexe bsp. mechanische, chemische oder biologische
|
||
|
|
Systemumgebung =\textgreater{} eingebettete Systeme
|
||
|
|
\end{itemize}
|
||
|
|
|
||
|
|
\hypertarget{bestandteile}{%
|
||
|
|
\subsection{Bestandteile}\label{bestandteile}}
|
||
|
|
|
||
|
|
\begin{itemize}
|
||
|
|
\tightlist
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Kontrolleinheit
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Regelstrecke
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Benutzerschnittstelle
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
technische Systemumgebung
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
menschliche Systembenutzer
|
||
|
|
\end{itemize}
|
||
|
|
|
||
|
|
\hypertarget{definitionen}{%
|
||
|
|
\section{Definitionen}\label{definitionen}}
|
||
|
|
|
||
|
|
\begin{quote}
|
||
|
|
Als \textbf{Steuergerät} (engl. \textbf{Electronic Control Unit},
|
||
|
|
\textbf{ECU}) wird die eigentliche Steuereinheit eines mechatronischen
|
||
|
|
Systems verstanden.
|
||
|
|
|
||
|
|
Steuergeräte sind im Prinzip wie folgt aufgebaut: Die Kernkomponente des
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||
|
|
Steuergeräts stellt ein Mikrocontroller oder Mikroprozessor (Beispiele:
|
||
|
|
Power PC, Alpha, PC) dar. Zusätzlich kann es optional ein externes RAM
|
||
|
|
und/oder ROM besitzen sowie sonstige Peripherie und Bauelemente.
|
||
|
|
|
||
|
|
Mikrocontroller kennzeichnen eine Klasse von Mikroprozessoren, die auf
|
||
|
|
den speziellen Anwendungsbereich der Steuerung von Prozessen
|
||
|
|
zugeschnitten sind. Wir betrachten im Folgenden einige Spezialfälle
|
||
|
|
genauer.
|
||
|
|
\end{quote}
|
||
|
|
|
||
|
|
\begin{quote}
|
||
|
|
Ein \textbf{ASIP} (\textbf{applikationsspezifischer Prozessor}) ist ein
|
||
|
|
Prozessor, der von seiner Struktur als auch von seinem Befehlssatz her
|
||
|
|
auf seinen Einsatz für bestimmte Anwendungen hin optimiert ist. Er
|
||
|
|
besitzt spezielle Instruktionssätze, funktionale Einheiten, Register und
|
||
|
|
spezielle Verbindungsttrukturen.
|
||
|
|
|
||
|
|
\begin{itemize}
|
||
|
|
\tightlist
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
kostengünstiger aufgrund abgespeckter Prozessoren
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
aufgrund Programmierbarkeit flexibel
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit und geringere Leistungsaufnahme
|
||
|
|
aufgrund optimierter Strukturen
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
\textbf{Nachteil} = komplizierte und aufwendige Entwicklung
|
||
|
|
\end{itemize}
|
||
|
|
\end{quote}
|
||
|
|
|
||
|
|
\begin{quote}
|
||
|
|
Ein \textbf{DSP} ist ein spezieller Mikroprozessor, der Befehle (und
|
||
|
|
damit Verarbeitungseinheiten) zur Durchführung von
|
||
|
|
Signal-Verarbeitungs-Aufgaben (bsp. Fast Fourier Transformation,
|
||
|
|
\textbf{FFT}) besitzt.
|
||
|
|
|
||
|
|
\begin{itemize}
|
||
|
|
\tightlist
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Optimiert auf die häufig vorkommenden Opperationen bei der digitalen
|
||
|
|
Signalverarbeitung (bsp. schnelle Multiplikation)
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
hoher Stellenwert ist die Effizienz dieser Operationen
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
\textbf{Einsatz} bsp. MP3 decoder oder Sprachsignalverarbeitung oder
|
||
|
|
Bildverarbeitung
|
||
|
|
\end{itemize}
|
||
|
|
\end{quote}
|
||
|
|
|
||
|
|
\begin{quote}
|
||
|
|
Das \textbf{Field Programmable Gate Array} (\textbf{FPGA}) ist ein
|
||
|
|
komplexer, programmierbarer Logikbaustein, der zum Aufbau digitaler,
|
||
|
|
logischer Schaltungen dient. Er besteht im Wesentlichen aus einzelnen
|
||
|
|
Funktionsblöcken, die in einer regelmäßigen Struktur (\textbf{Array})
|
||
|
|
angeordnet sind, und einen Netzwerk von Verbindungen zwischen diesen
|
||
|
|
Blöcken. Bei FPGAs wird die Implementierung von logischen Funktionen
|
||
|
|
hauptsächlich durch die Programmierung der Verbindungsleitungen zwischen
|
||
|
|
den Logikblöcken erreicht.
|
||
|
|
|
||
|
|
\begin{itemize}
|
||
|
|
\tightlist
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
zwei Arten von FPGAs
|
||
|
|
|
||
|
|
\begin{itemize}
|
||
|
|
\tightlist
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
rekonfigurierbare (unter verwendung von Speichertechnologien wie
|
||
|
|
SRAM)
|
||
|
|
|
||
|
|
\begin{itemize}
|
||
|
|
\tightlist
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Nachteil: sie sind flüchtig
|
||
|
|
\end{itemize}
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
nicht rekonfigurierbare (einmal Konfiguriert immer Konfiguriert,
|
||
|
|
umsetzung durch physikalische Zerstörung der nicht benötigten
|
||
|
|
Verbindungsleitungen)
|
||
|
|
\end{itemize}
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Realisierung von Speicherzellen möglich
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Eignung zur Realisierung von Steuererwerken (in Form endlicher
|
||
|
|
Automaten)
|
||
|
|
\item
|
||
|
|
Im Gegensatz zu gewöhnlichen \textbf{Gate Arrays} (\textbf{GA}) sind
|
||
|
|
FPGAs programmierbare Logikbausteine, deren Funktionalität durch das
|
||
|
|
Zusammenschalten verschiedener Funktionsblöcke erreicht wird
|
||
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