Realization of an embedded hard realtime softcore processor. - In: Autonomous systems 2014, (2014), S. 33-42
Beitrag zum modellbasierten Entwurf eingebetteter Systeme : komponentenbasierte Modellierungsansätze für verteilte rekonfigurierbare Plattformen. - Ilmenau : ISLE, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: XV, 204 S., 14,29 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
Parallel als Druckausg. erschienen
Der Entwurf verteilter eingebetteter Systeme ist aufgrund steigender Komplexität der Plattformen und der zu realisierenden Anwendungen zunehmend nur unter Einsatz von modellbasierten Entwicklungsmethoden zu realisieren. In der Mess- und Automatisierungstechnik und besonders in Anwendungsbereichen mit außergewöhnlichen Anforderungen, wie die den Hintergrund dieser Arbeit darstellende Realisierung von Regelungssystemen für die Nano-Positioniertechnik, ist die Untersuchung des Reglerentwurfs im Zusammenhang mit dem zu regelnden Prozess im Rahmen der simulativen Validierung und des virtuellen Prototypings wesentlicher Bestandteil des modellbasierten Entwurfsprozesses und der Bewertung von Systementwurfsentscheidungen. Der zunehmende Einsatz von leistungsfähigen FPGA-basierten eingebetteten Plattformen in diesem Anwendungsgebiet motiviert dazu die Entwicklung von zielplattformspezifischen Modellierungswerkzeugen, \mbox{-bibliotheken} und Code-Syntheseverfahren mit dem Ziel der Realisierung eines geschlossenen Entwicklungsprozesses vom ausführbaren Spezifikationsmodell zur Hardware-Beschreibung für diese Zielsysteme. Die in dieser Arbeit zusammengetragenen Entwurfsmethoden beschreiben aktuelle Meet-in-the-Middle-Ansätze, die die Systementwurfskomplexität durch erhöhte Abstraktionsniveaus, automatische Transformationen sowie durch wiederverwendbare Komponenten und Architekturen reduzieren. Kern der methodischen Beiträge dieser Arbeit ist die Formulierung einer Entwurfsebene, die die Strukturen für die Modelltransformation zum FPGA-plattformspezifischen Systemmodell festlegt. Sie umfasst die Metamodelle für (Multi-)FPGA-Plattformen und die zugehörige plattformspezifische Modellierungsebene, sowie die zur Generierung ausgewählter plattformspezifischer Strukturen. Als Demonstrationsbeispiele für die Anwendung der erarbeiteten Verfahren dienten im Rahmen einer Design-Space-Explorationerstellte Entwürfe zur modellbasierten multi-FPGA-orientierten Realisierung von Regelungssystemen aus dem Kontext des SFB622. Die Ergebnisse verdeutlichen, wie groß der Einfluss von plattformspezifischen Anteilen auf die Modellkomplexität ist, im Gegensatz zu den von klassischer Wiederverwendung profitierenden Modellanteilen, und zeigt, in welchem Maße der Entwurfsaufwand durch Einsatz von automatisierten Strukturgenerierungsmethoden reduziert werden kann.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2013000699
Modellierung von adaptiven Geschäftsprozessen, 2014. - XIV, 202 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2014
Die Modellierung von Geschäftsprozessen erfolgt i.d.R. für den störungsfreien Fall mit einigen bekannten Abweichungen. Kommt es bei der Ausführung des Geschäftsprozesses in Form des Workflows zu einer Abweichung, so kann der Geschäftsprozess nicht fortgesetzt werden. Als Grundlage zur Lösung dieser Problematik wurden verschiedene Modellierungssprachen der Informatik anhand eines Praxisbeispiels miteinander verglichen. Um die Modellierung der Geschäftsprozesse flexibler zu gestalten, wird die Modellierungssprache YAWL mit einer alternativen Ausführungssemantik in Form eines Taskunternetzes, basierend auf Petri-Netzen, untersetzt. Die Erkennung unerwarteter Ausnahmen erfolgt zeitbasiert. Die gewünschte Dynamik im YAWL-Netz wird durch das Vorwärtsschalten von üblichen Token ermöglicht. In der Arbeit wird dieser Ansatz um das Rückwärtsschalten erweitert, bei der Transitionsmarken das YAWL-Netz rückwärts durchlaufen. Dabei stellen die Plätze bzw. Bedingungen die schaltenden Elemente dar. Hierzu wird ein Verfahren entwickelt, um auf die Funktionalitäten des rückwärts schaltenden Petri-Netzes im normalen Netz zurückzugreifen. Das Rückwärtsschalten wird über ein Ergänzungs-Netz geleitet, welches an definierten Stellen mit dem eigentlichen YAWL-Netz bzw. Taskunternetz überlagert ist. Durch das Ergänzungsnetz wird die Struktur der Rückwärtsschaltung im Gegensatz zum Taskunternetz stark vereinfacht. Durch die Kombination von Vorwärts- und Rückwärtsschaltung entsteht ein komplettmarkiertes YAWL-Netz, welches die Erkennung unerwarteter Ausnahmen ermöglicht. Somit können alle zu einem definierten Zeitpunkt aufgetretenen Ausnahmen identifiziert werden - es wird der globale Zustand des YAWL-Netzes ermittelt. Basierend auf dem Ergebnis der Rückwärtsschaltung können die lokalen Adaptionen synchron gestartet werden. Hierzu wird jedem Task ein Abhängiger Task zugeordnet, der nur bei der globalen Erkennung unerwarteter Ausnahmen aktiviert wird. Zur Automatisierung der Erstellung von Geschäftsprozessmodellen und für den Fall, dass kein Abhängiger Task zur Realisierung der Adaption zur Verfügung steht, wird eine Methode zur Generierung von (Teil-) Geschäftsprozessen auf Basis der Genetischen Programmierung entwickelt. Zur Erprobung der Funktionalität der Erstellung von Geschäftsprozessen durch Einsatz der Genetischen Programmierung erfolgt eine prototypische Umsetzung.
Designing a control application by using a specialized multi-core soft microprocessor. - In: IFAC Proceedings Volumes, ISSN 1474-6670, Bd. 46 (2013), 28, S. 221-226
Computationally intensive algorithms for closed loop control and similar systems today can be implemented using reconfigurable FPGA devices. One approach is using soft microprocessor designs and implementing the algorithms as programs. This paper reports about a case study within an ongoing project that investigates a multicore soft microprocessor solution for a closed-loop control application. Requirements within the project lead to a specialized processor design. Some results from experimental work are presented, demonstrating feasibility and efficiency of the approach.
https://doi.org/10.3182/20130925-3-CZ-3023.00034
Event-based modeling of rapid single-flux quantum basic cells with timing jitter. - In: IEEE transactions on applied superconductivity, ISSN 1558-2515, Bd. 23 (2013), 5, 1301707, insges. 7 S.
https://doi.org/10.1109/TASC.2013.2266403
Networks in embedded on-chip solutions. - In: Autonomous systems 2013, (2013), S. 1-13
This paper gives a summary of the authors' research work in the field of distributed embedded systems. Along with an overview of the state-of-theart, selected solutions for integrated on-chip systems are presented, with focus on inter-module communication such as Networks-on-Chip. A current research case in the measurement domain is introduced and a concept of a Network-on-Chip solution is discussed highlighting the special requirements.
Certifiable development process for Information processing in the measurement domain on the base of 3W-models. - In: IEEE 37th Annual Computer Software and Applications Conference workshops (COMPSACW), 2013, ISBN 978-0-7695-4987-3, (2013), S. 685-690
http://dx.doi.org/10.1109/COMPSACW.2013.121
Performance evaluation of platform-specific implementations of numerically complex control designs for nano-positioning applications. - In: International journal of embedded systems, ISSN 1741-1076, Bd. 5 (2013), 1/2, S. 95-105
Developing machines capable of positioning and measuring in nano-metre dimensions is an overall challenging endeavour, which not at least includes providing a highly dynamic and precise trajectory tracking control system. To effectively employ such a control system an adequately performing implementation on an embedded real-time processing system is essential for process performance and quality. In this article an implementation study of a Kalman filter component is presented, comparing the solutions for general purpose processor and digital signal processor to a range of designs for field-programmble gate arrays. Evaluating the performance of the respective implementations for a PXI platform and thus indicating the feasibility of industrial and standard-compliant application is the emphasis of this contribution.
https://doi.org/10.1504/IJES.2013.052147
A model reduction approach for improving discrete event simulation performance. - In: Proceedings of the 6th International ICST Conference on Simulation Tools and Techniques, (2013), S. 101-108
https://doi.org/10.4108/icst.simutools.2013.251734
Control of nanopositioning and nanomeasuring machines with a modular FPGA based data processing system. - In: Mechatronics, ISSN 1873-4006, Bd. 23 (2013), 3, S. 257-263
http://dx.doi.org/10.1016/j.mechatronics.2012.12.003