Fachgruppe 4.4.2 Echtzeitprogrammierung PEARL

Impressum

Herausgeber	GI-Fachgruppe 4.4.2 Echtzeitprogrammierung PEARL URL: http://www.real-time.de/
Sprecher	Dr. Birgit Scherff atr INDUSTRIE-ELEKTRONIK Textilstr. 2 D-41751 Viersen Telefon: 02162/485-219 Telefax: 02162/485-5219 E-Mail: b.scherff@atrie.de
Stellvertreter	Dr. P. Holleczek Universität Erlangen-Nürnberg Regionales Rechenzentrum Martenstraße 1 D - 91058 Erlangen Telefon: 09131/85-27817 Telefax: 09131/302941 E-Mail: holleczek@rrze.uni-erlangen.de
Redaktion	Prof. Dr. L. Frevert Auf dem Heuplacken 10 D - 32105 Bad Salzuflen Telefon: 05222/10126 Telefax: 0521/106-2323
Layout	Holleczek
Redaktionell geschlossen: 31. 05. 1998

Gliederung:

1  Nachlese zur Tagung PEARL '97

Und dann die schlechte Nachricht: Oma und Opa hatten ihre Weinstube geschlossen, so daß wir den Abend des ersten Tages in einer anderen Schänke ausklingen lassen mußten. Doch jetzt zu den Vorträgen:

Ein Schwerpunkt der Tagung bestand aus Vorträgen über Betriebssysteme. Deshalb begann sie mit einer Sitzung über "Echtzeitverarbeitung mit Standard-Betriebssystemen". Der erste Vortrag "Standard-Betriebssysteme für zeitkritische Anwendungen?" von H. Rzehak (Universität der Bundeswehr München) nannte zunächst die Motive für einen derartigen Einsatz: Vorhandensein eines großen Vorrates an Software für die Weiterverarbeitung - z. B. Visualisierung - von Prozeßdaten. Er gab dann einen ausgezeichneten Überblick über die dabei auftretenden Probleme und Risiken und den Methoden, sie zu begrenzen.

Im zweiten Vortrag "Zeitverhalten verteilter Applikationen unter Windows NT" gab dann H. H. Heitmann (Fachhochschule Hamburg) ein Beispiel aus dem Krankenhausbereich, wo verteilte Software-Objekte z. B. für ein krankenhausweites Patientenmonitorsystem eingesetzt werden könnten. Er berichtete über Meßergebnisse an einem Client-Server-Netz, die die grundsätzliche Machbarkeit in zeitlicher Hinsicht ergaben, ging aber am Schluß auch auf die noch bestehenden Probleme hinsichtlich Sicherheit und Zuverlässigkeit ein.

S. Weidlich (Kithara Software, Berlin) stellte in seinem Bericht "Programmierung von hardwarenahen und zeitkritischen Windows-Applikationen" ein "Industrial Applikation Toolkit" vor, das dem Anwender unter anderem erlaubt, beim Einsatz von Windows 95 und Windows NT direkt auf I/O-Ports zuzugreifen und Interrupts mit eigenen Routinen zu behandeln, und berichtete über die damit gemachten Erfahrungen in industriellen Anwendungen, die den Trend bestätigen, daß sich Windows auch den industriellen Bereich zu erobern scheint.

In der nächsten Sitzung "Sprachentwicklung" trug A. H. Frigeri (FernUniversität Hagen) über "Eine objektorientierte Erweiterung von PEARL90" vor. PEARL90 bietet zwar auch heute schon die Möglichkeit, die Programme in Objekte zu gliedern, Module mit mehreren objektorientierten Schnittstellen zu versehen und Ausnahmesituationen bzw. SIGNALs zu behandeln, aber die konsequente Verwendung der entsprechenden Sprachmittel kann zur Zeit nur durch Programmierrichtlinien geboten und nicht überprüft werden. Herr Frigeri schlug daher Spracherweiterungen vor, die einen derartigen Programmierstil erleichtern und weiter ausbauen sollen. Interessant waren auch seine Vorschläge zur Einführung von Prüfmechanismen auf Sprachlevel für den Programmtest. Seiner Meinung nach sollten bei der Kompilation verschiedene Sicherheitsstufen angegeben werden können, um in sicherheitskritischen Programmteilen die Verwendung gewisser Sprachkonstrukte überprüfbar verbieten zu können.

K. Mangold (ATM Computer, Konstanz) gab dann die Antwort auf die Frage "Sicherheit mit Standard-Software - was kann Ada95 dazu beitragen?" Er ging besonders auf den Inhalt des Anhangs H des Ada95 Reference Manual ein, in dem diejenigen Eigenschaften gefordert werden, die eine Implementation bieten muß, um zertifizierbare Software liefern zu können, indem sie z. B. die Benutzung gewisser Spracheigenschaften verbietet. Er zitierte in diesem Zusammenhang C. A. R. Hoare, der einmal gesagt hat, daß es zwei Arten und Weisen gibt, einen Software-Entwurf zu konstruieren: "Die eine ist, ihn so einfach zu machen, daß er offensichtlich keine Schwachpunkte besitzt; die andere Möglichkeit ist, den Entwurf so kompliziert zu machen, daß die Schwachpunkte nicht offensichtlich sind."

Anschließend berichtete H. Kaltenhäuser ( FH Hamburg) über "Nutzen und Möglichkeiten der Objektorientierung zur Analyse und Design von nebenläufigen Systemen zur Prozeßlenkung". Anders als A. H. Frigeri betrachtete er nicht den Weg, eine Echtzeitsprache um objektorientierte Konstrukte zu erweitern, sondern besprach existierende objektorientierte Sprachen bzw. interessante Methoden zum objektorientierten Entwurf nebenläufiger Programmsysteme.

Die nächste Sitzung "Echtzeit-Anwendungen" begann mit einem Beispiel für den Einsatz von RTOS-UH-PEARL: "Echtzeitsysteme in der biotechnologischen Anwendung" von K. Gollmer (Gesellschaft für Biotechnologische Forschung, Braunschweig). Er beschrieb das umfangreiche Automatisierungssystem, mit dem z. B. die Bioreaktoren in dem Technikum gesteuert, neue Prozeßführungsstrategien simuliert und die Daten in einer dezentralen Datenbank gespeichert werden. Die Implementierung in PEARL hat ergeben, daß die über 100 Moduln des Systems leicht portier- und skalierbar sind.

Anschließend hielt G. Geigemüller (ARTiS Systemhaus, Leipzig) einen Vortrag mit dem langen Titel "Verteilte Echtzeitanwendungen im PLS FlexControl auf Basis OS QNX 4.23 und microGUI Photon". Hinter den Schlagworten QNX, FlexControl und microGUI Photon verbergen sich dabei ein Echtzeit-UNIX für PCs, ein verteiltes Prozeßleitsystem mit Echtzeitdatenbank und vielen kooperierenden und konkurrierenden Prozessen bzw. eine graphische Bedienoberfläche. Er beschrieb diese Systemarchitektur, ohne jedoch auf eine spezielle Anwendung einzugehen.

Auch der nächste Vortrag von R. Blechschmid (Uni Bremen) hatte einen langen Titel: "Trajektorienplanung und Kollisionsvermeidung unter Echtzeitbedingungen für Anwendungen in der Service-Robotik". Um den Inhalt kurz wiederzugeben: Die Bewegungen eines Manipulators an einem Rollstuhl sollen gesteuert werden, wobei die Kollision mit Hindernissen vermeiden werden muß. Dazu ist ein hoher Rechenaufwand unter Echtzeitbedingungen erforderlich, der bei der verwendeten evolutionären Strategie - ihre Beschreibung bildete den Kern des Vortrages -parallel in einem Rechnernetz realisiert werden kann.

Damit war der erste Tag des eigentlichen Workshop beendet. Die Mitgliederversammlung der GI-Fachgruppen 4.4.1 und 4.4.2 schloß sich an - und später der traditionelle informelle Teil in einer Weinschänke.

Der nächste Vormittag begann mit der Sitzung "Standards und Echtzeitanwendungen". W. Kabatzke (Siemens AG, Hamburg) zeigte in "Anbindung von Automatisierungssystemen an Intranet/Internet", daß Service wie z. B. die Fernwartung von Automatisierungssystemen kostengünstig möglich ist, wenn letztere über HTTP-Server an das Internet angebunden sind. Das ist auch bei eingebetteten Systemen durchführbar, bei denen für einen Server je nach Ausbau zwischen 8 und 50 KByte Speicher benötigt werden.

Im nächsten Vortrag "QoS-Überwachung von verteilten Echtzeitanwendungen mit Java" von C. Brogi (Regionales Rechenzentrum, Erlangen) handelte es sich darum, Quality of Service bei Videokonferenzen zu überwachen. Die Untersuchungen hatten das Ergebnis, daß Java noch nicht für Echtzeitanwendungen geeignet ist. Da UNIX System V Release ?? jedoch für weiche Echtzeitanforderungen eine eigene Prioritätsklasse besitzt, konnten die Echtzeitprozesse ausgekoppelt werden; Java erwies sich dann als hervorragende Basis für die Realisierung verteilter Systeme.

J. Bartels (ATR INDUSTRIE-ELEKTRONIK, Viersen) berichtete in "Ablösung einer PEARL-codierten regelungstechnischen Anwendung durch eine standardisierte IEC 11313-konforme Applikation" über eine Anwendung in der Spanplattenherstellung, bei der bisher ein VME-Bus-Rechner mit RTOS-UH-PEARL und acht speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) zusammenarbeiteten. Die SPSen sollen jedoch durch leistungsfähigere Exemplare ersetzt werden, die es erlauben, auch die Regelungstechnik als Hochspracheprogramm ( Teil der Norm IEC 11313) auf einer SPS laufen zu lassen. Die Vor- und Nachteile beider Konzepte wurden ausführlich dargestellt.

Die letzte Sitzung "Software-Entwicklung" begann mit einem weiteren langen Titel: "Modellbasierter Test der Echtzeitaspekte eingebetteter Systeme der dezentralen Automatisierungstechnik" von J. Bergmann (Forschungszentrum Informatik, Karlsruhe). Das grundsätzliche Problem bei solchen Systemen (z. B. einem Bremsassistenten) besteht darin, daß es beim Test des real vorhandenen Systems praktisch unmöglich ist, alle zeitlichen Zufälligkeiten zu berücksichtigen (wodurch dann der Bremsassistent z. B. ohne Auftrag bremst). Es wurde deshalb ein Ansatz beschrieben, die Echtzeitanforderungen an die Software anhand von Systemmodellen zu testen. Er benutzt gefärbte zeitbehaftete Petri-Netze als Basis. Testszenarien werden systematisch durchgespielt und auf diese Weise mögliche Fehler erkannt. Eine rege Diskussion schloß sich an, entzündet durch die Frage, inwieweit solche Modelle das Verhalten realer Systeme widerspiegeln können.

In "Frameworkbasierte Entwicklung von Echtzeitsoftware" behandelte J. Pisarz (port GmbH., Bitterfeld) die Nutzung objektorientierter Techniken für die Erstellung von wiederverwendbarer Echtzeitsoftware. Er beschrieb diesen Weg ausführlich am Beispiel eines Frameworks namens ControlShell.

Die Tagung schloß mit "Verteilte Simulation und Realisierung mechatronischer Systeme am Beispiel einer hybriden Roboterregelung" von R. Stolpe (Uni-GH Paderborn). Mechatronische Systeme bestehen aus mechanischen, elektronischen und informationsverarbeitenden Komponenten, die aufsteigend in die Hierarchiestufen Funktionsmoduln, Autonome Systeme und Vernetzte Systeme eingeordnet werden können. Die Arbeit schilderte an einem Beispiel, wie man bei der Entwicklung eines derartigen Systems vorgehen kann.

Ein guter Vortrag besteht bekanntlich aus drei Teilen: der erste und zweite Teil sollten bekannte Grundlagen bzw. Neues bringen und für alle verständlich sein; der dritte Teil weiteres Neues, jedoch nur für den Vortragenden und weitere Experten begreifbar. Um es abschließend zu sagen: alle Vorträge waren gut - und hielten außerdem ihren Zeitrahmen ein. Und für Leser, die nicht dabei waren: die Vorträge und die Diskussionen boten eine Menge Anregungen für Blicke über den eigenen Tellerrand. Dazu trugen auch die Gespräche in den Pausen, den Mahlzeiten und dem Weingenuß bei - wie sicher auch auf der kommenden PEARL '98.

2  Bericht über die Mitgliederversammlung 1997

2.1 Allgemeines

Die gemeinsame Mitgliederversammlung 1997 der Fachgruppen 4.4.1 und 4.4.2 fand traditionsgemäß am ersten Abend des PEARL Workshops über Realzeitsysteme statt, d.h. am 27.11.1997 um 20:00 Uhr im Hotel Ebertor in Boppard. Es nahmen 36 Personen teil. (Der Workshop selbst hatte 47 Teilnehmer.)

Nach der Begrüßung und Festlegung der Tagesordnung referierte Herr Ahlers über "PEARL in der Echtzeitfalle".

2.2 Berichte

Anschließend berichteten die Herren Gerth, Rzehak und Thiele über die Tätigkeiten ihrer Arbeitskreise 1, 2 und 5. Ihre Berichte sind bereits in der Ausgabe 2/97 der PEARL News abgedruckt.

Herrn Holleczek war es (auch schon traditionsgemäß) wieder gelungen, den Tagungsband in der Springer-Reihe "Informatik aktuell" unterzubringen. Die zur finanziellen Absicherung des Workshops nötige Teilnehmerzahl war überschritten worden, sodaß die Fachgruppenleitung am Abend vorher beschlossen hatte, den PEARL Workshop über Realzeitsysteme auch 1998 zu veranstalten. Das dabei gewählte Programmkomitee hatte bereits am Vormittag getagt und sich auf das Leitthema "Echtzeit im Netz" verständigt.

Zum Thema Öffentlichkeitsarbeit bat Herr Frevert dringend um Beiträge für die PEARL News aus dem Kreis der Mitglieder, da er selbst immer weniger Zeit zur Recherche und Verfassung von Artikeln hat. Herr Holleczek stellte die Web-Seiten der Fachgruppe vor (http://www.real-time.de); weitere inhaltliche Vorschläge, Links und Beiträge sind erwünscht.

Danach berichtete Herr Halang über die Tätigkeit der Fachgruppe 4.4.1 (Echtzeitsysteme) und sodann Herr Windauer über die Entwicklung der Fachgruppe 4.4.2 (Echtzeitprogrammierung, PEARL):

Die Fachgruppe 4.4.2 hatte Ende 1997 101 Mitglieder. Die finanzielle Situation der Fachgruppe wurde durch die folgenden Übersichten verdeutlicht (Stand 31.08.1997, alle Angaben in DM):

Verfügungsrahmen aus Tagungsüberschüssen

Stand 1.1.1997	2.649,61
Einnahmen 1997 (PEARL'96)	1.597,13
Ausgaben bis 31.8.1997	-,--
Stand 31.8.1997 (Von GI bestätigt)	4.246,74

2.2.1 Beitragskonto

Stand 1.1.1997	14.326,24
Einnahmen bis 31.8.1997 (Beiträge und Spenden)	3.286,55
Ausgaben bis 31.8.1997	-,--
Stand 31.8.1997 (Von GI bestätigt)	17.612,79

Weitere Prognose:

Einnahmen 1.9.-31.12.1997	100,--
Ausgaben 1.9.-31.12.1997 Etiketten  ca 100,-- Porto  ca 800,-- Werkstudenten   ca 1.000,-- Reisen  ca 1.500,-- ca 3.400,--	- 3.400,--
Stand 31.12.1997 (Prognose)	14.312,79

Die Reisekosten entstanden ausschließlich durch Zuschüsse für Reisen des AK 5 - Leiters, der sie sonst hätte privat tragen müssen (Reisen zu Sitzungen des DIN und einem Kongreß in Berlin, wo PEARL90 vorgestellt wurde).

Für 1998 wurde folgender Haushaltsplan vorgelegt und abgestimmt:

2.2.2 Haushaltsplan 1998

Kontostand 01.01.1998 voraussichtlich	14.300
Einnahmen Beiträge  2.800 Spenden   500 3.300	3.300
Ausgaben PEARL News 1.500 Porto 800 RK-Zuschüsse 800 Stud. Hilfskräfte WWW   500 Domains 500 Sonstige Kosten 2.900 7.000	- 7.000
Kontostand 31.12.1998 voraussichtlich	10.600

Die neue Fachgruppenleitung (siehe nächsten Punkt) sollte selbst Prioritäten hinsichtlich der Ausgaben 1998 setzen können. Deshalb sind diese über die sowieso nötigen Kosten hinaus als "Sonstige Kosten" eingeplant.

2.3 Wahl der neuen Fachgruppenleitung

Am Ende der Versammlung wurden satzungsgemäß die sechs GI-Mitglieder der neuen Fachgruppenleitung für den Zeitraum 01.03.1998 -28.02.2001 gewählt. Zum Wahlleiter wurde Herr Sauter bestimmt. Es kandidierten:

Herr Prof. Dr.-Ing. W. Gerth

Herr Prof. Dr. Dr. W. Halang

Herr Dr. P. Holleczek

Herr K. Mangold

Herr Prof. Dr. H. Rzehak

Frau Prof. Dr.-Ing- B. Scherff

Die Kandidaten wurden einstimmig gewählt.

Die Bestätigung durch die Leitung des FA 4.4 ist für Dienstag, den 19.05.1998, vorgesehen. Bei dieser Sitzung wählt die Fachgruppenleitung sodann ihren Sprecher und Stellvertreter. Hierfür kandidieren Frau Scherff (Sprecherin) und Herr Holleczek (Stellvertreter). Anschließend wird die neue Fachgruppenleitung bis zu sieben weitere sogenannte "Experten", die nicht GI-Mitglied sein müssen, in die Fachgruppenleitung berufen.

3  Abschiedsgruß

Mit diesen Zeilen möchte ich mich von Ihnen, liebe Mitglieder der Fachruppe 4.4.2, als Sprecher verabschieden. Dies fällt mir nicht leicht, da Sie eine sehr lebendige und engagiert mitarbeitende Gruppe sind. Andererseits ist dies aber auch der Grund, weshalb ich nicht mehr für die neue Fachgruppenleitung kandidiert habe: Der Ausbau der Werum GmbH läßt mir immer weniger Zeit, die Fachgruppe inhaltlich so zu führen, wie Ihr Engagement es verdient. Außerdem sind neue, zusätzliche Impulse nötig. Umso mehr freue ich mich, daß Frau Scherff die Leitung der Fachruppe übernimmt; sie wird beiden Aspekten gerecht werden.

Stellvertretend für die vielen nötigen Dankeschöns an diejenigen, die in den ersten 6 Jahren unserer Fachgruppe die Aufbauarbeit trugen, möchte ich Herrn Holleczek danken, vor allem auch dafür, daß er trotz seiner genauso hohen beruflichen Belastung es mir nicht nachmacht, sondern der Kontinuität wegen weiterhin als stellvertretender Sprecher tätig sein wird und sich insbesondere wie bisher um unseren PEARL Workshop kümmern wird.

Auf Wiedersehen in Boppard

4  Grußwort

Hiermit möchte ich die Gelegenheit wahrnehmen, Sie zu begrüßen und mich kurz als neuer Sprecher der Fachgruppe vorzustellen.

Nach dem Studium der Elektrotechnik und der Promotion über Robotersysteme im Fachbereich Maschinenwesen der RWTH Aachen war ich zunächst 6 Jahre in der Industrie im Bereich Echtzeitregelung im Anlagenbau der Holzindustrie tätig. 1996 habe ich an die FernUniversität in Hagen gewechselt, dort werde ich allerdings im Mai dieses Jahres ausscheiden, um meine alte Tätigkeit als technischer Geschäftsführer in einem mittelständischen Automatisierungsunternehmen wieder aufzunehmen. Auf Grund der ausgewiesenen Anwendung dieses Unternehmens im Bereich der Echtzeitregelung hoffe ich, einige neue Impulse einbringen zu können, die im wesentlichen sicherlich im Bereich der Mensch-Maschine-Schnittstelle, des Teleservice und der effizienten Projektierung liegen werden.

Ich freue mich auf eine rege und auch zum Teil sicherlich kontroverse Diskussion.

Mit freundlichen Grüßen

5  PEARL 90 ist Norm DIN 66253-2

Trotz einiger verlagstechnischer Verzögerungen -- wir hatten den Weißdruck der PEARL 90 - Norm bereits erstmals in den PEARL-News 1/97 zum August 97 angekündigt -- liegt die Norm nun mit dem Erscheinungsdatum April 98 vor und kann z.B. über

bestellt werden. Zu beachten ist ggf. die Möglichkeit, einen Hochschulrabatt von 50% in Anspruch zu nehmen.

Zur Zeit wird auch an der Fertigstellung der englischen Übersetzung des Sprachreports Vers. 2.0 unter Berücksichtigung der Norm gearbeitet. Diese englische Übersetzung des Sprachreports wird (als Vers. 2.1) deshalb in Kürze über

verfügbar und dabei hilfreich sein, PEARL 90 auch international bekannt zu machen. Unterstützend wird hierbei auch unsere Präsenz im Rahmen der Vertretung des DIN NI-22 auf dem Jahres-Meeting des ISO SC22 (20. - 24. 9. 99 in Berlin) sein, das der DIN ausrichtet.