Das Studienprogramm ist unterteilt in verschiedene Modularten:
- Diskrete Methoden
Hier werden Kenntnisse und Methoden für den Entwurf und die Analyse von Algorithmen vermittelt. Es werden die Messung der Komplexität von Algorithmen, dynamische Programmierung, verschiedene Scheduling- sowie Graphen-Algorithmen behandelt. Die Aussagenlogik wird als Mittel zur Formalisierung und der Unterschied zwischen Syntax und Semantik, sowie zwischen Folgerungen und Ableitbarkeit erläutert. Es werden formale Modelle von Rechnern und ihre Mächtigkeit diskutiert. Für den Entwurf und die Analyse von eingebetteten Systemen ist häufig das Beachten von Echtzeitbedingungen wichtig. Sie lernen verschiedene Verfahren zur Ablaufplanung kennen, die unterschiedliche Vorgaben, wie z.B. harte und weiche Zeitbedingungen, und unterschiedliche Optimierungsziele, wie z.B. die Minimierung der maximalen Verspätung, berücksichtigen.
- Methodik des Entwurfs mikroelektronischer Bauelemente
Nach der Behandlung einiger elektrotechnischer Grundlagen, werden zunächst die wichtigsten elektronischen Bauelemente eingeführt. Diese bilden die Grundlage für die Entwicklung grundlegender analoger Schaltungen. Mit den Kenntnissen der analogen Schaltungstechnik lassen sich dann auch die grundlegenden Schaltungen der Digitaltechnik vermitteln. Den Abschluss bildet die Betrachtung von Halbleiterspeicher, dessen Varianten und Implementierung. Die Inhalte können u.A. für die Analyse und Synthese elektronischer Schaltungen, in Operationsverstärker-Schaltungen für die Messtechnik oder zur Anwendung in digitalen Systemen verwendet werden.
- Analytische Methoden
In diesem Kurs werden vertiefte Grundlagenkenntnisse in Wahrscheinlichkeitstheorie, Statistik, Differentialgleichungen und Funktionstransformationen vermittelt, wie sie für Aufgaben in der Forschung und Industrie benötigt werden. Statistische Schätzer werden z.B. eingesetzt, um aus Beobachtungen Schlüsse auf das zugrundeliegende System zu ziehen. So kann z.B. aus mehreren Messungen des Stromverbrauchs eines elektronischen Bauteils auf dessen durchschnittliche Leistungsaufnahme und deren erwarteter Abweichung geschlossen werden. Statistische Hypothesentests sind ein Werkzeug für die Interpretation von Ergebnissen aus Messreihen. Sie können z.B. dazu eingesetzt werden, Bauteile auf deren Spezifikation zu überprüfen.
- Methodik des MST-Entwurfs
Dieser Kurs beschäftigt sich mit den Grundbegriffen und Konstruktionselementen der Mikrosystemtechnik, z.B. mit verschiedenen Typen von Sensoren und Aktoren. Ebenso wird die Systemebene betrachtet und beispielhafte Systeme werden durch die Nutzung von MATLAB modelliert und simuliert. In einem dritten Teil werden Entwurf und Verfeinerung von Mixed-Domain Systemen behandelt. Durch diesen Kurs bekommt man ein tieferes Verständnis für den Entwurfsablauf zur Implementierung mikrosystemtechnischer Komponenten und Systeme.
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- Methoden des maschinellen Lernens
Dieser Kurs vermittelt Kenntnisse in den fundamentalen Techniken in den Bereichen des maschinellen Lernens und des Data-Minings. Es werden symbolische Ansätze wie das Lernen von Entscheidungsbäumen und Regeln betrachtet, aber natürlich wird auch auf andere Verfahren wie Neuronale Netwerke und Bayes’sches Lernen eingegangen. Es werden auch unüberwachte Ansätze des Lernens sowie lokales Pattern-Mining vorgestellt. Praktische Anwendungen der behandelten Themen sind z.B. der Einsatz im Bereich der Robotik, der Chemoinformatik oder in der so genannten Business Intelligence.
- Technik Eingebetteter Systeme
In diesem Kurs werden Kenntnisse des Hardware/Software-Codesign für eingebettete Systeme vermittelt. Zuerst werden Möglichkeiten zur Spezifikation eingebetteter Systeme vorgestellt. Dann wird die Implementierung von eingebetteten Systemen behandelt. Anschließend wird die schaltungstechnische Sicht der Hardware eingebetteter Systeme betrachtet. Die Inhalte können z.B. zur Spezifikation eingebetteter Systeme wie etwa für Tempomaten oder Steuergeräte zur Motorsteuerung, sowie der Realisierung komplexer eingebetteter Systeme mit Hilfe einer leistungsfähigen Entwurfsmethodik oder für das Design von Mikroprozessoren verwendet werden.
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Vertiefungsrichtung Algorithmik:
- Softwareentwicklungsmethoden
Dieser Kurs spannt den Bogen von der Definition und Analyse der Typsicherheit von Programmiersprachen hin zur Technik des formalen Modellierens in Form des "Design by Contract" und vermittelt so die fundamentalen Techniken und Grundlagen des Software Engineering. Der Fokus liegt insbesondere auf Techniken und Methoden zur Entwicklung von „dependable systems“. Design by Contract wird unter anderem zur Konstruktion von Software für sicherheitskritische Anwendungen eingesetzt. Verbunden mit Verifikation stellt es sicher, dass es beim Einsatz der Software nicht zu unvorhergesehenen Situationen bzw. zu Systemabstürzen kommt. Die automatische Generierung von Testdaten ist essentiell zur Durchführung von Funktions- und Integrationstests von Softwarekomponenten.
- Algorithmen für Drahtlose Netzwerke
Sie lernen in diesem Kurs, wie die Kommunikation von Daten in mobilen Funknetzwerken abläuft. Die Kenntnisse können zur Erstellung eigener drahtloser Netzwerkprotokolle genutzt werden. Kursteilnehmer lernen, Sensoren drahtlos anzubinden, bei denen beispielsweise nur geringe Energieressourcen zur Verfügung stehen. Sie können Mobilfunknetzwerke verstehen und sind in der Lage, Algorithmen etwa für die Car-to-Car Kommunikation zu entwerfen. Behandelt werden Zelluläre Netzwerke ebenso wie Ad-hoc-Netzwerke, die über keine gegebene Infrastruktur verfügen.
- Probabilistic Robotics
Der Kurs erläutert grundlegende Konzepte und Techniken, die im Bereich der mobilen Robotik Anwendung finden. Robotersysteme sind physikalische Agenten, die Aufgaben in der wahren Welt durchführen. Sie sind mit Sensoren wie Kameras und Entfernungsmessern ausgestattet, um ihre Umgebung wahrzunehmen, besitzen aber auch Aktoren, um mit der Umgebung zu interagieren. Der Fokus liegt auf statistischen Techniken zur Wissensrepräsentation über das Robotersystem selbst, seiner Umgebung und der Art der Entscheidungsfindung. Die Techniken sind aber auch für andere Bereiche außerhalb der Robotik relevant. Sie betreffen alle Anwendungsdomänen, in denen Sensordaten verarbeitet werden, um optimale Schätzungen zu erhalten und beste Aktionen zu generieren.
- Signalverarbeitung
Hier werden Grundlagen der Signalverarbeitung sowie mathematische und numerische Methoden vermittelt, um Analogsignale und Systeme zu analysieren. Hierzu wird die Computersimulation mit MATLAB verwendet. Man erfährt, wie Sensorsysteme für Temperatur, Druck, Position, Geschwindigkeit funktionieren oder analoge und digitale Steuersysteme entworfen werden.
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Vertiefungsrichtung Technik:
- Embedded Systems II: Echtzeit-Betriebssysteme
Hier lernen Sie, wie man zuverlässige Betriebssysteme für sicherheitsrelevante Systeme entwickelt. Nach einem kurzen Überblick über Standard-Betriebssysteme und hardwaremäßige Voraussetzungen für Betriebssysteme beschäftigen wir uns in diesem Kurs mit Betriebssystemen für Eingebettete Systeme (ES) und der Frage, wie Anforderungen bzgl. Echtzeitfähigkeit erfüllt werden können. Methoden zur Laufzeitabschätzung und Scheduling-Verfahren zur Einhaltung von Zeitbedingungen werden behandelt, insbesondere im Hinblick auf den Entwurf zuverlässiger ES für sicherheitskritische Anwendungen.
- Embedded Systems III: Verifikation
Dieser Kurs vermittelt Kenntnisse über Verifikations- und Validierungsmethoden für digitale Komponenten und auch für Softwareprotokolle und hybride Systeme. Oftmals ist das korrekte Funktionieren dieser Produkte lebenswichtig, etwa in der Medizintechnik oder Autoelektronik. Daher werden hohe Anforderungen an die Qualität der mikroelektronischen Systeme gestellt. Das Modul vermittelt die notwendigen Kenntnisse zum Aufspüren subtiler Fehler in Protokollen und Hardwareimplementierungen.
- Analoge CMOS Schaltungen
Dieser Kurs umfasst die Grundlagen der Mikroelektronik für analoge Schaltungen. Es gibt einen Überblick über den CMOS-Prozess und die verfügbaren Bauelemente. Dann werden Stromquellen, einstufige Verstärker und Differenzverstärker im Zeit- und Frequenzbereich besprochen. Die Darstellung der grundlegenden Schaltungskonzepte und ihrer Verbesserungen wird mit einer Einführung in analoge Layouttechniken und einer Diskussion über elektronisches Rauschen in den Schaltkreisen abgeschlossen. Schließlich werden Anwendungen der dargestellten Schaltungskonzepte, mit einem Fokus auf MEMS Sensor-Auslese-Elektronik gezeigt.
- Messtechnik und Sensorik
Dieser Kurs vermittelt Kenntnisse in der fundamentalen Messtechnik und Sensorik. Nach den Grundlagen wie Strom- und Spannungsmessung werden Eigenschaften und Charakterisierungen von Sensoren und Messvorgängen behandelt. Für die Signalbestimmung werden Verteilungsfunktion erklärt. Mit Hilfe der Fourier-Transformation werden frequenzmäßig veränderliche Signale betrachtet. Sie lernen Verfahren zur Erstellung von Mikrosystemen mit Regelcharakteristik und Reaktionen auf Sensorsignale. Sie wissen schließlich, wie Messsysteme und deren Genauigkeit analysiert und bewertet werden können.
- Vernetzung verteilter eingebetteter System
In diesem Kurs lernen Sie, wie eingebettete Systems mit Ihnen und ihrer Umgebung kommunizieren können. Der Kurs präsentiert und diskutiert die Besonderheit bei der Vernetzung eingebetteter Systeme, die eine wesentliche Voraussetzung für die durchgängige und umfassende Kommunikation für das so genannte „Ubiquitous Computing“ darstellt.
Mit den hier gelernten Grundlagen können Sie vernetzte Embedded Systems planen, dimensionieren und einsetzen. Die Kenntnisse der grundlegenden Protokolle helfen Ihnen bei der Auswahl der richtigen Architekturen und Produkte bei der Vernetzung von Embedded Systems in Hardware und Firmware.
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- Projektmanagementmodul 1
Sie lernen, wie Sie ein neues Projekt geeignet planen und das fertige Produkt schützen. Sie erhalten einen Einblick in das Instrumentarium des Projektmanagements und lernen es durch die selbstständige Bearbeitung eines eigenen Projektes kennen. Sie erwerben Kenntnisse über Patente, Gebrauchsmuster, Marken, Geschmacksmuster und Gewerbliche Schutzrechte. Sie behandeln den Nutzen von Gewerblichen Schutzrechten für den Praktiker in der Industrie und ihre Rolle in der alltäglichen Arbeit eines industriellen Praktikers. Sie kennen die strategische Rolle Gewerblicher Schutzrechte zur Begründung, Haltung und Verteidigung einer Position eines Unternehmens im Wettbewerb. - Projektmanagementmodul 2
- Praktikumsmodul
z.B. Mobiles Hardwarepraktikum
In unserem mobilen Hardware-Praktikum vertiefen Sie in praktischen Versuchen das Verständnis von Hardware und Software. Sie erhalten dazu ein mobiles, FPGA-basiertes Entwicklungssystem, das sowohl analoge als auch digitale Bausteine enthält und per USB-Schnittstelle mit Ihrem Heimrechner verbunden werden kann. Hiermit vertiefen Sie in praktischen Versuchen die Grundlagen der Analog- und Digitaltechnik, des Aufbaus kombinatorischer und sequentieller Schaltkreise und der Mikroprozessor-Programmierung.
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