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Vorlesung Prof. Dr. Sorin A. Huss Übungen Dipl.-Ing Marc Stöttinger Dipl.-Inform. Tolga Arul Prof. Dr. Huss Marc Stöttinger Tolga Arul

Name	Modellierung heterogener Systeme
Veranstaltungsform	V2 + Ü2
Beginn der Vorlesung	13.04.2012
Uhrzeit	Freitag, 11:40-13:20 Uhr
Veranstaltungsort	S2|02|C205
Übung	Do, 16:15-17.55 Uhr, in S2|02|C205; Beginn: 12.04.2012
Klausur	Siehe Organisatorisches
Turnus	Jedes Sommersemester
Einordnung	Informatik (Bachelor/Master): Wahlpflichtbereich, Computer Microsystems Informatik (Diplom): Informatik IV Informationssystemtechnik: Wahlpflichtbereich, Systems on Chip und Embedded Systems

Aktuell

• 12.03.12 Die Webseite ist für das Sommersemester 2012 aktualisiert worden.
• 19.03.12 Die Übung am 14.06.12 wird ausnahmsweise im Raum S2|02|C110 stattfinden.
• 03.04.12 Die erste Übung findet bereits am 12.04.12 in S2|02|C205 statt.
• 10.04.12 Die Vorlesungen am 20.04.12 sowie am 27.04.12 finden ausnahmsweise in S2|02|A126 statt.
• 11.04.12 Erstes Übungsblatt ist online.
• 13.05.12 Sprechstunde für die erste Teilklausur findet am 16.05.2012 von 11:00 bis 12:00Uhr im Raum 3.2.01 im CASED-Gebäude (in der Nähe vom Hauptbahnhof) statt.

Lernziele

Technische Systeme sind häufig dadurch gekennzeichnet, dass die gleichzeitige Verarbeitung zeitkontinuierlicher und ereignisdiskreter Signale von zentraler Bedeutung für die Gesamtfunktionalität ist. Gemischt analog/digitale Schaltungen fallen ebenso in diese Systemklasse wie heterogene Systeme, d.h. Systeme, die Bestandteile unterschiedlicher physikalischer Domänen beinhalten und mit Methoden aus den Disziplinen Maschinenbau, Elektrotechnik und Informatik kooperativ zu entwickeln sind.
Zielsetzung dieser Vorlesung ist die Einführung in die Modellierungsmethodik und in eine einheitliche Repräsentation von Modellen zeitkontinuierlich bzw. ereignisdiskret arbeitender Komponenten. Dabei wird als Repräsentationssprache der neue IEEE-Standard 1076.1 VHDL-AMS eingeführt und anhand einer Vielzahl von Anwendungsbeispielen aus unterschiedlichen Ingenieursdisziplinen verdeutlicht. Übungen mit einem kommerziellen VHDL-AMS-Simulationssystem runden das Angebot ab.

Die Vorlesung richtet sich an Studenten der Informatik mit Studienschwerpunkt in Informatik IV sowie interessierte Elektrotechnik- und Maschinenbau-Studenten.

Inhalte

Organisatorisches

Stoffplan

1. Einleitung (Folie)
   • Entwurfsablauf
   • Betriebsdomänen analoger Schaltungen
   • Abstraktionsebenen
   • Simulation als Entwurfsmethode
2. Verhaltensspezifikation (Folie)
   • Algebraische Gleichungen
   • Differentialgleichungen
   • Differential- und algebraische Gleichungen
   • Numerische Lösungsverfahren
     • Iterationsverfahren
     • Integrationsverfahren
   • Modellbildung
     • Strukturelle Beschreibung
     • Netzliste als bipartiter Graph
     • Blockorientierte Beschreibung
3. Grundlagen von VHDL (Folie)
   • Grundlegende Konzepte
   • Umgebungsunabhängige Modellierung
   • Umgebungsabhängige Modellierung
4. Einführung in VHDL-AMS
   • Neue Klassen von Datenobjekten
   • Interface-Beschreibung
   • Verhaltensbeschreibung
     • Modellspezifikation
     • Lösbarkeit
     • Initialisierung und Diskontinuitäten
     • Implizite "quantities"
     • Beispiele
   • Modellausführung
     • Simulationszyklus
     • Toleranzgruppen
   • Beispiele
5. Spezifikation heterogener Systeme
   • Grundlagen der Mechanik starrer Körper
   • Translationale Bewegung starrer Körper
   • Drehbewegung starrer Körper
   • Physikalische Analogien
   • Methoden zur Modellbildung
     • Modellierung physikalischer Relationen
     • Methoden zur Interpolation und Approximation
     • Funktionsstruktur
   • Zusammenfassung
6. Methoden zur Modellbildung
   • Einleitung
   • Einordnung von Modellen
   • Physikalische Relationen
   • Verhaltensmodellierung
   • Strukturmodellierung
   • Interpolation und Approximation
   • DESS & DEVS Modell
   • Systemsimulation
   • Demonstrator: Modell eines Tiefenmessers

Übungen

• 1. Übung : Musterlösung, Lösung der ersten Simulatoruebung
• 2. Übung : Musterlösung
• 3. Übung : Musterlösung
• 4. Übung: Musterlösung

Informationen zur Übung

• Die erste Übung findet am Donnerstag, den 12.04.12, im Hörsaal S2|02|C205 statt.
• Die Übungsaufgaben teilen sich in Rechenaufgaben und Simulationsaufgaben.
• Übungsblätter werden jeweils spätestens ein Tag vor dem Übungstermin zum Herunterladen auf dieser Seite bereitgestellt.
• Die Übungsaufgaben müssen nicht vorgerechnet werden und können - in der Regel- erst nach einer Einführung im Hörsaal bearbeitet werden.
• Musterlösungen werden nach der Übung als PDF-Folien auf dieser Seite zur Verfügung gestellt.

Zusatzmaterial

Literatur

• Sorin A. Huss:
  Model Engineering In Mixed-Signal Circuit Design.
  Kluwer Academic Publishers, Boston, 2001.
  ISBN 0-7923-7598-X

• J.-M. Bergé, O. Levia, J. Rouillard (eds.):
  Modeling in analog design.
  Kluwer Academic Publishers, London, 1995.
  ISBN 0-7923-9569-7

• G.E. Box:
  Statistics for Experimenters
  John Wiley and Sons lnc., 1978.

• K. E. Brenan, S. L. Campell, L. R. Petzold:
  Numerical solution of initial-value problems in differential-algebraic equations.
  Society for Industrial and Applied Mathematics, Philadelphia, 1989.
  ISBN 0-89871-353-6

• F. E. Cellier:
  Continuous system modeling.
  Springer-Verlag, New York, 1991.
  ISBN 0-387-97502-0

• IEEE Computer Society
  IEEE Standard VHDL Analog and Mixed Signal Extensions
  IEEE Std 1076.1, 1999.
  ISBN 0-7381-1640-8

• H.A. Mantooth, M. Fiegenbaum:
  Modeling with an analog hardware description language
  Kluwer Academic Publishers, London, 1995.
  ISBN 0-7923-9516-6

• Mentor Graphics Corporation
  ADVance MS Users Manual
  Unpublished work of Mentor Graphics Corporation, 2000.

• B. Zeigler et al.
  Theory of Modeling and Simulation
  Academic Press, London, 2000.
  ISBN 0-12-778455-1

• D. A. Ratkowsky.
  Nonlinear Regression Modeling
  Kluwer Academic Publishers, London, 1997.
  ISBN 0-7923-9875-0

• A. Vachoux, J.-M. Bergé, O. Levia, J. Rouillard (eds.):
  Analog and mixed-signal hardware description languages
  Kluwer Academic Publishers, London, 1997.
  ISBN 0-7923-9875-0

• M. Kasper
  Mikrosystementwurf und Simulation von Mikrosystemen
  Springer Verlag, Berlin, 2000.
  ISBN 3-540-66497-1

• P. J. Ashenden, G. D. Peterson, D. A. Teegarden
  The System Designer's Guide to VHDL-AMS.
  MKP, San Francisco 2003
  ISBN 1-55860-749-8

Vorraussetzungen zur Teilnahme

Vordiplom oder Bachelor

Vorlesungssprache

Deutsch