Individuelle Arbeiten

Wir bieten vielfältige Themen für Bachelor- und Masterarbeiten, sowie für das Projekt- und Forschungsmodul an; gerne auch zu unseren aktuellen Forschungsprojekten.

 

Bei Interesse, oder bei einem eigenen Themenvorschlag zu den Bereichen Embedded Systems und Prozessorarchitekturen, bitte direkt die Mitarbeiter des Lehrstuhls anschreiben.

Aktuelle Themen

Echtzeitscheduling fehlertoleranter eingebetteter Systeme

Die stets wachsende Komplexität von modernen Eingebetteten Systemen führt zu einer erhöhten Fehleranfälligkeit und bietet auch neue Angriffsmöglichkeiten für Cyber-Attacken. Dennoch müssen die System trotz Attacken und Fehlern verlässlich und korrekt funktionieren, und korrekte Ergebnisse innerhalb fester Zeitschranken liefern. Um dies zu ermöglichen forschen wir an der Fehlertoleranz (ARoMA) und der Adaptivität (ADMORPH) von komplexen System. Im Rahmen dieser Projekte bieten wir nun eine Bachelor oder Masterarbeit an. Ziel der Arbeit ist es, die ARoMA- Laufzeitumgebung um Echtzeit-Scheduling zu erweitern. Sprich, es soll ein Scheduling-Algorithmus implementiert werden, welcher es ermöglicht, trotz Hardware-Fehlern und Cyberattacken, Deadlines einzuhalten.

Erforderte Kenntnisse: C++ Programmierung, Systemnahe Informatik
Betreuer: Dr.-Ing. Florian Haas

 

 

 

Zeitanalyse rekonfigurierbarer Eingebetteter Echtzeitsysteme

 

Im Rahmen des Forschungsprojekts ADMORPH entwickeln wir eine Laufzeitumgebung, die gleichzeitig echtzeitfähig und adaptiv ist. Sprich, die Laufzeitumgebung kann einerseits garantieren, dass Applikationen innerhalb einer festen Zeitschranke terminieren, andererseits kann die Laufzeitumgebung auch dynamisch auf Systemfehler reagieren. In dieser Arbeit soll eine Zeitanalyse für die Laufzeitumgebung entwickelt werden, welche das Laufzeitverhalten in Abhängigkeit der Anzahl der Systemfehler ermittelt.

 

Dieses Themengebiet ist je nach Auswahl des Prozessors und der Laufzeitumgebung für eine Bachelor und Masterarbeit geeignet.


Erforderte Kenntnisse: C++ Programmierung, Systemnahe Informatik
Betreuer: Dr.-Ing. Florian Haas

 

 

 

Automatische Rekonfiguration von Eingebetteten Systemen

Eingebettete Systeme werden oft in schwierigen Umgebungen eingesetzt, wie zum Beispiel der Luftfahrt oder sogar dem Weltraum. Diese Umgebungen erhöhen die Ausfallwahrscheinlichkeiten der eingesetzten Prozessoren, dennoch muss die Funktionsfähigkeit auch dann erhalten bleiben wenn einzelne Hardwarekomponenten ausfallen. Um dies zu gewährleisten muss sich das Eingebettete System während der Ausführung selbstständig rekonfigurieren. Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, automatisch Programmstellen zur Rekonfiguration zu finden, die einen optimalen Ausgleich zwischen Verlässlichkeit und Reaktivität ermöglichen. Die Programme werden als gerichtete azyklische Graphen modelliert, weshalb Grundkenntnisse in der Graphentheorie von Vorteil sind.

Erforderte Kenntnisse: C++ Programmierung, Systemnahe Informatik
Betreuer: Christoph Kühbacher

 

 

 

Reverse-Engineering moderner Prozessorkomponenten

Die genaue Implementierung moderner Prozessorkomponenten, wie zum Beispiel der Pipeline, dem Cache oder des Cache-Kohärenz Protokolls, ist nicht allgemein bekannt. Auch stimmen die Prozessorbeschreibungen oft nicht mit der Implementierung überein. Genau diese Informationen sind jedoch zwingend notwendig, um genaue Aussagen über das Echtzeitverhalten oder den Energiebedarf von Prozessoren zu treffen. Ziel dieser Arbeit ist es, Micro-Benchmarks zu entwickeln, mit denen Aussagen über die Implementationsdetails moderner Prozessoren getroffen werden können.

 

Dieses Themengebiet ist je nach Auswahl des Prozessors und der Prozessorkomponenten für Forschungs- und Projektmodul, sowie für Bachelor und Masterarbeit geeignet.

Erforderte Kenntnisse: C Programmierung, Systemnahe Informatik
Betreuer: Dr.-Ing. Alexander Stegmeier

 

 

 

Security im Bereich Embedded Systems: Seitenkanalangriffe
 

Ein Seitenkanalangriff bezeichnet eine bestimmte Klasse von Angriffen, die den Zugriff auf eigentlich geschützte Informationen ermöglichen. Hierbei werden Informationen, welche von außen wahrgenommen oder erhoben werden können, zweckentfremdet und für Angriffe ausgenutzt. Typische Seitenkanäle sind dabei die Laufzeit von Algorithmen, der Energieverbrauch bzw. die Leistungsaufnahme oder die elektro-magnetische Abstrahlung des Prozessors oder Teile davon. Mit Hilfe der gewonnenen Informationen können Rückschlüsse auf die bearbeiteten Daten oder auf Schwachstellen im System gezogen werden. Neben passiven Angriffen zur Beschaffung von Informationen werden auch aktive Varianten wie das Voltage Glitching als Seitenkanalangriffe bezeichnet. Dabei wird unter anderem die Spannungsversorgung eines Prozessors manipuliert, um Fehler in der Ausführung zu initiieren. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Anfälligkeit von eingebetteten Systemen für Seitenkanalangriffe.

 

Das Themengebiet umfasst verschiedene Aspekte und ist je nach konkreter Aufgabenstellung für Forschungs- und Projektmodul, sowie für Bachelor- und Masterarbeit geeignet.


Erforderte Kenntnisse: Systemnahe Informatik
Betreuer: Dr.-Ing. Alexander Stegmeier, Christian Piatka

 

 

 

ESTHER: CTF zu Gantt Chart

 

Für das ESTHER Projekt verwenden wir das Echtzeitbetriebssystem Zephyr. Es exportiert die Aktivität der verschiedenen Tasks im Common Trace Format (CTF).
Für dieses Projekt soll ein grafisches Tool entwickelt werden, das die Trace Daten in einem Gantt Chart visualisiert.

Anwendern soll einerseits ein schneller Gesamtüberblick möglich sein, andererseits soll es aber auch möglich sein einzelne Tasks und kleine Zeitintervalle genauer zu untersuchen.

Hilfreich wären außerdem integrierte Analysetechniken, um beispielsweise die Periodenlänge oder die durchschnittliche Ausführungszeit der Tasks automatisch berechnen zu lassen.

Für Präsentationen, Vorträge oder Lehrveranstaltungen ist eine Exportfunktionalität gewünscht.

 

Dieses Projekt hat einen größeren Umfang und ist deshalb als HiWi Tätigkeit ausgeschrieben. Die Arbeit vor Ort am Roboter ist nicht notwendig.

Erforderte Kenntnisse: Einführung Embedded Systems oder Echtzeitsysteme

Betreuer: Tilmann Unte

 

 

 

ESTHER: sensorbasierte Anpassung der Antriebssteuerung

 

ESTHER verfügt über eine statische Antriebssteuerung, die das Anfahren und Abbremsen abdämpft. Diese Lösung ist für geringe Lasten optimiert, allerdings könnte der Roboter bis zu 100kg transportieren.


Für dieses Projekt soll mit einer Wägezelle die Last gemessen und die Antriebssteuerung dynamisch angepasst werden. Dazu gehört auch die Kalibrierung der Sensorik, sowie die Absicherung der Software gegenüber Messfehlern und Ausfällen.

 

Empfohlen als Forschungsmodul im Bachelorstudium, mit Erweiterungspotential für eine Bachelorarbeit.

Erforderte Kenntnisse: C Programmierung, Einführung Eingebettete Systeme

Betreuer: Tilmann Unte

 

 

 

ESTHER: LIDAR Treiberentwicklung (reserviert)

 

ESTHER soll um ein Slamtec RPLIDAR erweitert werden, mit dem die Umgebung erfasst werden kann.


Für dieses Projekt soll eine Treibersoftware für das Zephyr Echtzeitbetriebssystem entwickelt werden, mit der das RPLIDAR gesteuert werden kann.

 

Empfohlen als Praxismodul im Masterstudium, mit Erweiterungspotential für eine Masterarbeit.

Erforderte Kenntnisse: C Programmierung, Praktikum Eingebettete Systeme

Betreuer: Tilmann Unte

 

 

 

ESTHER: VCSEL Sensorarray

 

VCSEL Sensoren messen Distanzen über mehrere Meter in einem schmalen Kegel mittels Laser. Für dieses Projekt sollen mehrere VCSEL Sensoren kombiniert am ESTHER Roboter eingesetzt werden, um die bestehende Hinderniserkennung im mittleren Distanzbereich weiter zu unterstützen.

Dazu ist es notwendig die Sensoren über einen seriellen Bus an einen Microcontroller anzuschließen und die bestehende Treibersoftware für einen Sensor so zu erweitern, dass beliebig viele Sensoren unterstützt werden.

Die Verteilung der Sensoren wird beschränkt durch die maximal zulässige Kabellänge und Cross-Talk. Gleichzeitig soll jedoch eine flächendeckende Abtastung in Fahrtrichtung erreicht werden.

 

Empfohlen als Praxismodul im Masterstudium, mit Erweiterungspotential für eine Masterarbeit.

 


Erforderte Kenntnisse: C Programmierung, Praktikum Embedded Hardware

Betreuer: Tilmann Unte

 

 

 

ESTHER: Hardware Testumgebung


Für ESTHER verwenden wir eine proprietäre Motorsteuerung zu der uns kein Quellcode vorliegt und die fest an das Robotergehäuse gekoppelt ist. Diese Motorsteuerung wird über serielle Schnittstellen an einen Microcontroller angeschlossen. Tests sind aktuell sehr aufwändig, da jedes Mal der Roboter aufgebockt werden muss.

In diesem Projekt soll ein zweiter Microcontroller verwendet werden, um die Motorsteuerung zu simulieren. So soll es ermöglicht werden, den Aufwand für initiale Tests auf echter Hardware zu reduzieren.

 

 

Empfohlen als Forschungsmodul im Bachelorstudium.


Erforderte Kenntnisse: C Programmierung, Einführung in Embedded Systems

 

Betreuer: Tilmann Unte

 

 

 

Fallstudie zum hardware-nahen Aufbau eines Computersystems

 

Die Grundvorlesung Systemnahe Informatik vermittelt einen Querschnitt über den Aufbau eines Computersystems, angefangen bei Bits und Gattern über Prozessorarchitektur und Assembler bis hin zum Betriebssystem. Je nach betrachtetem System können Sich die Details jedoch massiv unterscheiden. In einer Fallstudie wird ein typischer Laptopcomputer näher betrachtet und die Konzepte der Vorlesung an diesem Beispiel vorgestellt.

Ziel dieses Projekts ist die Erstellung einer weiteren Fallstudie ähnlich zu der im Vorlesungsskript. Sie können sich entweder selbst ein Computersystem zum Beschreiben aussuchen oder wir werden eines zuteilen.

Diese Projekt ist entweder als Forschungsmodul oder als Bachelorarbeit empfohlen.


Erforderte Kenntnisse: Systemnahe Informatik

Betreuer: Sebastian Altmeyer

 

 

 

Entwicklung Eingebetteter Systeme

Im Rahmen einer Projektarbeit können Sie bei uns am Lehrstuhl Protoypen kleiner eingebetteter Systeme entwickeln und programmieren. Hierbei können Sie sich an unseren Vorschlägen orientieren oder eigene Ideen umsetzen - egal ob es sich um Smart-Home System oder ein autonomes Fahrzeug handelt. Wir stellen Ihnen hierzu das notwendige Material und die technische Unterstützung (soweit diese in einem vernünftigen Rahmen bleiben).

Die reine Implementation eines Systems ist nur als Forschungs- oder Praxismodul geeignet. Für eine Bachelor- oder eine Masterarbeit müssen zusätzliche Vorraussetzungen erfüllt sein, wie zum Beispiel besondere Anforderungen an das extra-funktionale Verhalten oder Forschungsfragen im Zusammenhang mit der Entwicklung des Systems.

Erforderte Kenntnisse: Systemnahe Informatik
Betreuer: Sebastian Altmeyer

 

 

 

Studie zur Verbreitung Eingebetteter Systeme im Alltag

Eingebettete Computersysteme spielen für unseren Alltag eine immer größere Rolle. Egal ob unterwegs in Automobilen und Zügen, Zuhause im Smart-Home oder mobil in Form eines Handys oder einer Smart-Watch.

Ziel dieser Arbeit ist eine Auflistung und Klassifikation der alltäglichen eingebetteten Systeme. Zudem sollen für einzelne der Aufgelisteten Systeme noch eine Beschreibung der extra-funktionalen Eigenschaften erfolgen.

Diese Projekt ist entweder als Forschungsmodul oder als Bachelorarbeit empfohlen.

Erforderte Kenntnisse: Systemnahe Informatik und Einführung Eingebettete Systeme
Betreuer: Sebastian Altmeyer

 

 

 

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