Übungen de PDF

Preview

Summary

Übungen de...

Description

computer science 12 Übung zur Vorlesung Eingebettete Systeme Wintersemester 20/21

chingchi.lin [,] tu-dortmund.de nils.hoelscher [,] tu-dortmund.de yannik.wegener [,] tu-dortmund.de deborah.krumm [,] tu-dortmund.de

Aufgabenblatt 1 (Theorie) (5 Punkte)

Hinweis: Abgabe (einzeln oder in Zweiergruppen) im Moodle-Arbeitsraum. Eine Abgabe per E-Mail ist nicht möglich.

1

Eingebettetes System (1 Punkt)

Was ist ein eingebettetes System?

2

Anwendungsgebiete (1 Punkt)

Nennen Sie zwei Anwendungsgebiete eingebetteter Systeme.

3

Anforderungen und Charakteristika (3 Punkte)

Nennen Sie drei Charakteristika von bzw. Anforderungen an eingebettete Systeme.

Allgemeine Hinweise: Alle Übungstermine und weitere Informationen zur Veröffentlichung und Abgabe der Übungszettel sowie zum Erreichen der Studienleistung finden Sie im Moodle-Arbeitsraum

https://moodle.tu-dortmund.de/course/view.php?id=22287.

computer science 12 Übung zur Vorlesung Eingebettete Systeme Wintersemester 20/21

chingchi.lin [,] tu-dortmund.de nils.hoelscher [,] tu-dortmund.de yannik.wegener [,] tu-dortmund.de deborah.krumm [,] tu-dortmund.de

Aufgabenblatt 2 (Theorie) (10 Punkte)

Hinweis: Abgabe (einzeln oder in Zweiergruppen) im Moodle-Arbeitsraum. Eine Abgabe per E-Mail ist nicht möglich.

1

Spezifikations- und Modellerierungssprachen (2 Punkte)

Nennen Sie zwei Anforderungen an Spezifikations- und Modellierungssprachen für eingebettete Systeme.

2

StateCharts (3 Punkte)

Mr. Smart hat eine Maschine entwickelt, mit der er Schokoladenkekse backen kann. Diese hat drei verschiedene Buttons: Einen, um die Maschine ein- bzw. auszuschalten (on/off), einen, um die Größe der Kekse festzulegen (S), und einen, um die Knusprigkeit der Kekse einzustellen (C). Die mit der Maschine produzierten Kekse können entweder groß oder klein (Standardeinstellung) sein und entweder weich, knusprig oder sehr knusprig (Standardeinstellung). Durch Drücken des Buttons S wird die Größeneinstellung für die Keksproduktion verändert (mögliche Veränderungen: von klein zu groß, von groß zu klein) und durch Drücken des Buttons C ihre Knusprigkeit (mögliche Veränderungen: von sehr knusprig zu weich, von weich zu knusprig, von knusprig zu sehr knusprig). Wenn die Maschine aus- und wieder eingeschaltet wird, wird die letzte Knusprigkeitseinstellung vor dem Ausschalten wiederhergestellt. Modellieren Sie das Verhalten der Maschine als StateChart!

3

SDF (2 Punkte)

Das folgende SDF-Modell sei gegeben:

3

2 a

e

4

2

6 a

1

e

2

1

.......

Nehmen Sie an, dass die SDF-Akteure eine Zeiteinheit zur Ausführung benötigen. Erzeugen Sie einen möglichen Ausführungsschedule unter der Annahme, dass Kante e1 initial 6 Tokens besitzt und nur ein Akteur gleichzeitig aktiv sein kann (keine parallele Ausführung möglich):

computer science 12 Zeit

Tokens auf Kanten

e1

0 1 2 3 4

e2

6

0

Nächste Akteur-Ausführung a1 or a2

Nehmen Sie nun an, dass Kante e1 initial 9 Tokens besitzt. Geben Sie ein Beispiel für parallele Ausführung, d. h., ein Beispiel, in dem beide Akteure aktiv sind. Notieren Sie die Namen der gleichzeitig aktiven Akteure in der rechten Spalte!

Zeit

0 1 2 3 4 4

Tokens auf Kanten

e1

9

e2

0

Akteur-Ausführung(en) a1 , a2 or (a1 and a2 )

SDF vs. KPN (3 Punkte)

Mr. Smart hat sich entschieden, seinen Entwurf eines eingebetteten Systems von Synchronen Datenflussgraphen (SDF) zu Kahn-Prozess-Netzwerken (KPN) zu migrieren. Was könnten seine Gründe sein, KPN statt SDF zu verwenden? Nachdem sein Entwurf fertiggestellt ist, hat Mr. Smart Schwierigkeiten, seinen Entwurf komplett zu verifizieren. Erläutern Sie kurz, weshalb diese Schwierigkeiten auftreten.

Allgemeine Hinweise: Alle Übungstermine und weitere Informationen zur Veröffentlichung und Abgabe der Übungszettel sowie zum Erreichen der Studienleistung finden Sie im Moodle-Arbeitsraum

https://moodle.tu-dortmund.de/course/view.php?id=22287.

computer science 12 Übung zur Vorlesung Eingebettete Systeme Wintersemester 20/21

chingchi.lin [,] tu-dortmund.de nils.hoelscher [,] tu-dortmund.de yannik.wegener [,] tu-dortmund.de deborah.krumm [,] tu-dortmund.de

Aufgabenblatt 3 (Theorie) (10 Punkte)

Hinweis: Abgabe (einzeln oder in Zweiergruppen) im Moodle-Arbeitsraum. Eine Abgabe per E-Mail ist nicht möglich.

1

Condition/Event Nets (4 Punkte)

Professor Smart muss mit einem/einer ortsunkundigen Studenten/Studentin, einer Tasse Kaffee und einem Laptop von seinem Institut zum Hörsaal gelangen. Auf seinem Weg dorthin kann er allerdings nur entweder den Studenten oder den Kaffee oder den Laptop mitnehmen. Lässt er allerdings den Studenten mit dem Kaffee allein, wird der Student seinen Kaffee auftrinken. Lässt er hingegen den Kaffee mit dem Laptop allein, wird jemand versehentlich den Kaffee über den Laptop schütten. Lösen sie dieses Problem mit einem Petri Netz.

2

Place/Transition Nets (4 Punkte)

Betrachten Sie eine Kreuzung, an der vier Autos stehen können, keine Ampel den Verkehr regelt, Rechts-vor-Links gilt und die Autos nur geradaus über die Kreuzung fahren können. Für eine vereinfachte Modellierung ist die Kreuzung in vier belegbare Quadranten eingeteilt. Das Petrinetz soll so modelliert werden, dass die Autos immer wieder an die Kreuzung zurückkehren, nachdem sie diese überquert haben. Zu Beginn befindet sich jedes Auto im Zustand Heranfahren. Anschließend kann ein Auto in den Zustand Warten wechseln und belegt den Kreuzungs-Quadranten direkt vor seiner Motorhaube. Beachten Sie, dass der Fahrer sich natürlich vergewissern muss, ob sich rechts von ihm ein Auto befindet, d.h., dass der Quadrant des rechten Nachbarn frei ist. Danach kann er die Kreuzung überqueren (im Zustand Fahren), woraufhin die beiden Quadranten wieder freigegeben werden und sich das Auto erneut der Kreuzung nähert. Stellen Sie dieses Problem als Place/Transition Net dar.

computer science 12 3

Predicate/Transition Nets (2 Punkte)

Stellen Sie das Problem der dinierenden Philosophen als Predicate/Transition Net dar.

Allgemeine Hinweise: Alle Übungstermine und weitere Informationen zur Veröffentlichung und Abgabe der Übungszettel sowie zum Erreichen der Studienleistung finden Sie im Moodle-Arbeitsraum

https://moodle.tu-dortmund.de/course/view.php?id=22287.

computer science 12 Übung zur Vorlesung Eingebettete Systeme Wintersemester 20/21

chingchi.lin [,] tu-dortmund.de nils.hoelscher [,] tu-dortmund.de yannik.wegener [,] tu-dortmund.de deborah.krumm [,] tu-dortmund.de

Aufgabenblatt 4 (Theorie) (10 Punkte)

Hinweis: Abgabe (einzeln oder in Zweiergruppen) im Moodle-Arbeitsraum. Eine Abgabe per E-Mail ist nicht möglich.

1

A/D Conversion (4 Punkte)

Skizzieren sie den Schaltplan eines Flash A/D Konverters, der zwischen 4 verschiedenen Spannungsintervallen unterscheidet (2 Punkte). Erläutern sie knapp die Funktionsweise des Konverters (2 Punkte).

2

A/D Conversion (4 Punkte)

Skizzieren sie den Schaltplan eines Sukzessiven A/D Konverters, mit einer Auflösung von 8 Bit (2 Punkte). Erläutern sie knapp die Funktionsweise des Konverters (2 Punkte).

3

A/D Conversion (2 Punkte)

Vergleichen sie Flash- und Sukzessiven Konverter in Hinsicht auf Geschwindigkeit und Hardwarekomplexität.

Allgemeine Hinweise: Alle Übungstermine und weitere Informationen zur Veröffentlichung und Abgabe der Übungszettel sowie zum Erreichen der Studienleistung finden Sie im Moodle-Arbeitsraum

https://moodle.tu-dortmund.de/course/view.php?id=22287.

computer science 12 Übung zur Vorlesung Eingebettete Systeme Wintersemester 20/21

chingchi.lin [,] tu-dortmund.de nils.hoelscher [,] tu-dortmund.de yannik.wegener [,] tu-dortmund.de deborah.krumm [,] tu-dortmund.de

Aufgabenblatt 5 (Theorie) (10 Punkte)

Hinweis: Abgabe (einzeln oder in Zweiergruppen) im Moodle-Arbeitsraum. Eine Abgabe per E-Mail ist nicht möglich.

1

Power/Energy consumption (3 Punkte)

Erklären sie die Unterschiede zwischen Leistung (Power) und Energie (Energy). Nennen sie auch die physikalischen Einheiten.

2

Dynamic Voltage/Frequency Scaling (3 Punkte)

2 s beschrieben, es gilt also P ∝ V 2 . Wieso wird der In der Vorlesung wird der Verbrauch eines CMOS mit P = αCLVdd dd Verbrauch, in der Literatur, jedoch meist als proportional zur Frequenz s beschrieben?

3

FPGA (2 Punkte)

Viele FPGAs benutzen look-up tables für boolsche Funktionen. Frühe FPGAs hatten look-up tables für 4 Variablen (Speicher mit 4 Adresseingaben). Diese konnten konfiguriert werden, um beliebige boolsche Funktionen aus 4 Variablen zu erstellen. Wie viele boolsche Funktionen gibt es für 4 Variablen? Wir ignorieren Symmetrien und zählen simple Funktionen wie Konstanten.

4

Aliasing (2 Punkte)

Beim Messen eines Eingangsignals, kann Aliasing auftreten. Was ist Aliasing (1 Punkt)? Wie kann Aliasing vermieden werden (1 Punkt)?

Allgemeine Hinweise: Alle Übungstermine und weitere Informationen zur Veröffentlichung und Abgabe der Übungszettel sowie zum Erreichen der Studienleistung finden Sie im Moodle-Arbeitsraum

https://moodle.tu-dortmund.de/course/view.php?id=22287.

computer science 12 Exercises for Embedded Systems Wintersemester 20/21

chingchi.lin [,] tu-dortmund.de nils.hoelscher [,] tu-dortmund.de yannik.wegener [,] tu-dortmund.de deborah.krumm [,] tu-dortmund.de

Aufgabenblatt 6 (Theorie) (10 Points)

Hinweis: Abgabe (einzeln oder in Zweiergruppen) im Moodle-Arbeitsraum. Eine Abgabe per E-Mail ist nicht möglich.

1

D/E-Simulations (4 Points)

Gegeben sei die folgende Schaltung aus NOR-Gattern.

S

0 0

>1

R

0

nQ

>1

Q 1

Das obere NOR-Gatter soll eine Verzögerung von 2 ns haben und das untere eine von 3 ns. Bei t < 0 seien die Signalwerte, wie im Zeitdiagramm angegeben. Für t = 0 wechselt R zu ’1’. Zeichnen sie die Wellenform für die Ausgaben nQ und Q für das Interval t ∈ [1, 10] ein, die sie durch eine "Discrete Event Simulationërhalten!

2

Memory hierarchy (2 Points)

Was ist das ’Memory Wall’ Problem? Wie funktionieren Scratchpad Speicher (SPM) und Chache Speicher? Was sind die jeweiligen Vorteile von SPM- und Cache Speicher?

computer science 12 3

Saturating Arithmetic (4 Points)

Folgende Tabelle sei gegeben. Berechnen sie die Ergebnisse, einmal mit wrap-around und saturating Arithmetik. a

b bitvector

signed signed unsigned unsigned

011102 100102 011102 101102

op bitvector

signed signed unsigned unsigned

011102 111102 011102 101102

a op b wrap-around saturating

+ + + +

General information: Further information about the exercises, exercise sheets, and the exam admission can be found in the Moodle room

https://moodle.tu-dortmund.de/course/view.php?id=22287....