Zeit als neue Währung

Embedded-Programmiersprachen (Teil 2)

Zeit als neue Währung

Die im ersten Teil vorgestellten Rechenmodelle nutzen gezielt die Stärken heutiger Programmiersprachen und unterstützen damit unsere Denkweise beim Lösen von Problemen. Erfahren Sie in diesem zweiten Teil, wie sich diese Modelle im heterogenen Aktorframework LabVIEW kombinieren und auf plattformbasierter Hardware in Echtzeit ausführen lassen.

MoC’s (Models of Computation) sind Rechenmodelle, die verschiedene Zeitverhalten komfortabel abtrahieren. Als Daumenregel wähle man das schlankeste MoC, welches natürlich ein spezifisches Problem löst und füge dann MoC um MoC ins Framework ein. Eine Regeltechnik-Idee lässt sich etwa sehr aussagekräftig in Matlab-Notation umsetzen und ausführen. Sie kann ebenso wie Differenzialgleichungen, die eher mit Simulation (Model-Based-Design) entworfen werden, ins Framework eingefügt werden wie Statecharts, welche zustandsorientierte Applikationslogik vereinfacht. Die textbasierte C-Notation hingegen ermöglicht das Einbinden bestehender Algorithmen oder direkten Zugriff auf Betriebssystem oder Hardware.

Modelle ins heterogene Aktor-Framework einbetten

Gefragt ist nun ein heterogenes ‚Gefäss‘, in das sich die verschiedenen MoCs einbetten, verbinden und parallel ausführen lassen. Dafür eignet sich durch inhärente Parallelität speziell das Aktor-Framework. Dessen Konzept setzt sich aus datenorientierten, funktionalen Komponenten (Aktoren) und deren Interaktion (Scheduling) zusammen. Aktoren warten auf Input, ‚feuern‘ und produzieren Output. Sie skalieren von einfachen Operatoren wie Multiplikation und logischer Verknüpfung über inverse FFT und Matrizenrechnung bis zum Statechart, werden parallel ausgeführt und kommunizieren über Ports. Die grafische Systemdesign-Umgebung LabView von National Instruments eignet sich derzeit als das passendste Aktor-Framework für heterogene MoCs. LabView geht weit über das klassische Verbinden unterschiedlicher Tools hinaus. Das LabView-Aktor-Framework kann direkt diskrete Dynamik digitaler Rechner mit kontinuierlicher Dynamik physikalischer Prozesse verbinden. Ein unterlegter Scheduler steuert Ausführung und Kommunikation vom Aktornetzwerk nach strukturiertem Datenfluss .

Software mit Hardware zusammenführen

Diese Aktororientierung mit den eingebetteten MoCs ist ein mächtiges Instrument, durch das sich der Entwickler in der Embedded-Software auf verschiedenen Abstraktionsniveaus bewegen kann und trotzdem immer die globale Systemsicht vor Augen hat. Nun wird aufgezeigt, wie diese Software mit Embedded-Hardware zusammengeführt wird. Ob intelligenter Sensor am IoT, Embedded-Webserver, Messnetzwerk, Cloud-Lösung oder Regler mit Tablet. Der Anwendungsentwickler erzielte durch das Aktor-Framework LabView mit den flexiblen Rechenmodellen schnell Ergebnisse und hat die Machbarkeit seiner Idee im Labor geprüft. Nun soll das Serienprodukt geplant werden. Mit Hardware, die individuell auf die Bedürfnisse des Endanwenders zugeschnitten ist. In der Praxis bedeutet dies meist eine Neuentwicklung von Hard- und Software auf der Basis von ‚C‘ mit RTOS auf einem Mikrocontroller. Es geht auch anders: Der hier vorgestellte Plattformansatz ermöglicht nicht nur ein Wiederverwenden der bisherigen Software-Investitionen, sondern gibt dem Entwickler zusätzlich die Freiheit, Hardwareentscheidungen hinauszuzögern. Genau dies war beim Messnetzwerk im Zug, beim Solarkraftwerk und aktiver Schallbekämpfung aus Teil 1 die wichtigste Voraussetzung. Dieser zweite Teil führt jetzt durch die Möglichkeiten von LabView auf Embedded Hardware und diskutiert, wie dieser Leitfaden bei zwei Praxisbeispielen angewendet wurde.

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Schmid Elektronik AG
www.schmid-elektronik.ch

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