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  • 实时计算机系统研究所

    我们的研究和教学活动涵盖实时和嵌入式系统设计的各个方面。我们的目标是开发技术和工具，帮助系统设计师有效地设计、调试和编程实时嵌入式系统。
产品组合

  • 研究

    • 控制/架构合作设计

    • 今天，汽车正在成为复杂的分布式嵌入式系统，处理单元(pu)、传感器、控制器和执行器的数量激增，这些执行器通过共享总线(例如CAN或FlexRay)进行通信。由于车载网络中处理资源的分布式特性，控制应用程序被划分为许多任务，这些任务映射在不同的pu上。由所述任务处理的数据，例如反馈和执行器信号，被打包为消息，该消息根据指定的调度策略通过共享通信总线发送。
      此外，许多分布式控制器对质量和性能有严格的要求，如稳定性和峰值超调，而实现平台对可用资源有要求，如总线标识符和处理能力。由于控制性能取决于网络参数值和消息优先级的选择，而调度器参数的选择又受到控制应用的实时性要求的约束，控制功能及其分布式实现平台的联合设计是一个具有挑战性的设计问题。因此，我们希望解释控制器模型与其实际实现之间的语义差距。
      为此，我们的目标是开发控制器及其实现架构的联合设计技术，例如FlexRay通信协议的调度综合和网络设计，以帮助系统设计者在所需的控制性能约束下，有效地设计与分布式硬件/软件平台相关的控制应用程序。

    • 传感器节点与能量感知信号分析

    • 人体区域传感器网络领域的主要挑战之一是适当地将复杂的信号处理任务分解为可管理的部分，以降低其算法复杂性，同时保持其输出质量。我们的目标是将其中一些任务映射到传感器节点上，将其他任务映射到计算平台或移动电话等网关上。我们试图在身体活动监测的特定背景下解决这个问题。首先，在手机上进行身体活动识别任务，并将结果反馈给传感器节点，以便更好地进行信号预处理。协同信号处理显著提高了手机的电池寿命和传感器节点的电池寿命。

    • PiNav -行人室内导航

    • 随着基于位置的服务的重要性的增长，位置的准确性和可用性成为此类服务成功的关键问题。虽然通过GPS进行室外定位已被广泛使用，但在没有昂贵基础设施的情况下进行室内定位仍然是一个活跃的研究领域。

      室内定位的实用性常常受到需要昂贵而笨重的传感器系统和缺乏精确的室内地图的阻碍。为了克服这些不便，我们开发了一种基于小型可穿戴无线传感器的移动定位系统。它们将数据发送到一个现成的手持设备，作为传感器融合系统。为了实现可视化和地图匹配，我们使用了从标准CAD源自动提取的室内拓扑地图。因此，我们使用户能够确定他在任何时间和任何地点的当前位置。

    • 交互式应用的电源管理

    • 近年来，图形密集型游戏应用程序获得了显著的普及。虽然大多数应用程序都可以在高端台式机上使用，但这些应用程序在电池驱动的移动设备(如笔记本电脑、掌上电脑、手机和便携式游戏机)上的出现正在稳步增加。这一最新发展导致便携式设备上计算资源的需求与电池提供的相应能源之间的差距不断扩大。在这种情况下，电源管理技术在减少这种差距和提高这些设备的能源效率方面发挥着重要作用。这些器件大多配备了动态电压/频率可伸缩处理器，其中每个时钟周期的功耗与其频率和电源电压的平方成正比。因此，可以通过动态电压频率缩放(DVFS)技术来降低能源消耗，其中处理器的时钟频率根据下一帧的预测工作负载动态调整。预测的质量会极大地影响系统的最终性能:选择过高的频率会浪费能量，而选择过低的频率则会导致帧率下降，显著降低游戏质量。
      我们目前正在研究提高预测精度的方法，从而降低能源消耗并满足用户的感知。

    • 电动汽车嵌入式系统设计

    • 下一代电动汽车将从根本上改变汽车领域的设计模式。人们普遍认为，这些电动汽车需要对电气/电子基础设施进行全面重新设计。尽管现代汽车的创新已经有很大一部分是由电子驱动的，但在功能齐全、完全电动的汽车成为现实之前，仍有许多研究挑战需要解决。
      该项目将研究为电动汽车设计节能和低价ECU(电子控制单元)架构的技术。其中包括电子控制单元的设计以及车载通信网络的布局。该项目的目标是提供一个可持续的ECU架构，以及一种支持和改进开发过程的设计方法。

    • 基于虚拟机的嵌入式系统调度

    • 传统上，汽车领域的不同功能或应用是在不同的电子控制单元(ecu)上实现的。这导致了现代汽车中大量的ecu，这增加了成本，并导致布线复杂化。因此，最近越来越关注将多个应用程序集成到单个ECU上，同时使用VM层来提供它们之间的隔离。
      我们所进行的工作遵循这一方向，目的是在商用VM上支持硬实时控制应用程序与非实时或软实时(例如多媒体)应用程序的混合。特别是，我们使用Xen管理程序(一种可用的开源VM监视器)，并分析其在实时应用程序上下文中的行为。我们进一步关注VM调度器的设计，即如何为系统中的每个VM配置时间切片和周期，以便在其上运行的所有实时任务都能满足其截止日期。

    • 听力学诊断的客观方法

    • 看不见与事物的区别，听不见与人类的区别。•伊曼努尔•康德

      听力障碍通常通过主观测试进行诊断。这需要病人有意识的、积极的参与。对于新生儿或蹒跚学步的婴儿来说，这样的测试是不可行的。同样，在老年人中进行主观测试有时也很困难。

      然而，有一些客观的测试可以评估听力状况，而不必依赖于被调查者的积极合作。

      为了用客观的方法进行最完整、快速和自动化的听力诊断，该项目有以下几个目标:
      • 综合了所有客观和主观测试的测听方法
      • 测量平台
      • 相互补充的测量方法的组合
      • 在时间要求和自动化程度方面的改进
      • 所使用硬件的小型化(目标:移动系统、手持设备)
      • 新方法的开发和评估
      开发了一种基于dsp的测量平台(耳盒)，用于产生刺激并记录诱发反应(脑电图、麦克风信号)。信号处理和分析部分在平台上实现，部分在通过蓝牙连接的PC上实现。

    • 多处理器平台的准入控制

    • 在许多实时系统中，如现代游戏、多媒体/通信服务器等，必须根据是否可能调度任务来在线接受或拒绝任务。负责测试系统中新任务可调度性的算法通常被称为准入控制测试，它需要快速和可预测的运行时间。
      录取控制测试的计算复杂度不仅与所使用的任务模型有关，还与系统架构有关。由于多处理器的准入控制算法必须处理分配任务给处理器的问题，这在强意义上是np难的，因此我们需要使用近似技术。
      这个项目的目标是开发近似技术，允许复杂的任务模型，同时，低复杂性。特别地，我们对恒定复杂度感兴趣，因为生成的算法的运行时间不依赖于系统中已经接受的任务的数量。

    • KogniMobil:认知汽车

    • 认知汽车将能够感知周围环境，解读其他交通参与者的行为，自动生成合适的行为，并在感知过程和决策过程中与他人合作。分析研究伴随着闭环模拟和实验自动驾驶汽车。

      在RCS，我们的研究目标集中在以下几个方面:
      • 认知汽车架构
      • 认知汽车实时数据库(KogMo-RTDB)
      • 认知系统的HW/ sw接口
      • 认知系统的测试和模拟工具
      • 交通相关对象的检测和跟踪
      • 用于机器视觉的仿生系统
      • 全向摄像系统
      跨区域合作研究中心(TCRC28)“认知汽车”收集了Universität卡尔斯鲁厄(TH)， Universität德国联邦国防军München和Technische Universität München的专业知识。它侧重于移动系统的机器认知作为自动化机器行为的基础的跨学科研究。

    • 人体面积传感器网络中的蓝牙干扰

    • 蓝牙众所周知的数字无线通信系统，旨在取代短距离(达10米)连接移动或固定电子设备的电缆。蓝牙通常集成到手机(例如蓝牙免提耳机)或笔记本电脑(蓝牙鼠标和键盘，…)。所有蓝牙设备发送的数据都在ISM 2.45 GHz频段。因此，相互干扰是蓝牙应用的一个潜在问题。

      在过去的几年中，这项技术的发展非常迅速，现在蓝牙设备在城市中随处可见。根据人群的密度和蓝牙发射器的功率，有可能出现干扰数量变得很高，节点无法再在一起通信的情况。但评估这些情况并非易事，因为干扰的概率取决于多个参数。
      在RCS，我们致力于数学框架和仿真工具，以分析身体传感器系统(使用蓝牙协议)的干扰风险，并试图找到提高通信效率的解决方案。