Modul Automatisierung und Deklarative Programmierung, Informatik (Bachelor) (SPO 5)
Systeme, welche automatisch eine bestimmte Aufgabe in einer dynamischen Umgebung und in Kooperation mit anderen Objekten erfüllen sollen, müssen ihr Verhalten der jeweiligen Situation anpassen und Information mit kooperierenden Objekten austauschen können. Im Modul erwerben die Studierenden daher Kompetenzen in der Modellierung und Analyse autonomer und reaktiver Systeme sowie in deren Programmierung (Echtzeitprogrammierung) bzw. Repräsentation mittels imperativer und deklarativer Sprachen. Sie lernen, die zur Erfüllung einer Aufgabe notwendige Dynamik eines in der Umwelt agierenden und mit anderen Objekten kooperierenden Systems zu spezifizieren, zu formalisieren und zu verifizieren sowie in Programmcode umzusetzen. Sie erwerben die Kompetenz zur Nutzung und Erweiterung deklarativer Programmiermethoden, um mit deren Hilfe Aufgaben und Sachverhalte maschinenlesbar zu beschreiben und automatisch zu interpretieren, wie dies für die Interaktion in Netzwerken nötig ist. In einem Labor wird die Kompetenz zur Planung, Organisation und Durchführung von Projekten zur Realisierung autonomer Systeme vermittelt.
- Fähigkeiten, Komponenten und Technologien autonomer und reaktiver Systeme;
- Modellierung und formale Spezifikation des Systemverhaltens mittels
- Zustandsautomaten,
- Petri-Netzen und
- Statecharts.
- Simulation und Analyse des modellierten Verhaltens.
- Programmiermethoden zur Implementierung der Modelle.
- Grundlegende Situationserkennung aus Umgebungsdaten.
- Vorlesungsfolien
- Übungsaufgaben
- Helmut Balzert, "Lehrbuch Der Softwaretechnik: Entwurf, Implementierung, Installation und Betrieb", Spektrum Akademischer Verlag, 2011, ISBN 3827417066, 9783827417060
- Bruce Powel Douglass, "Real-Time UML Second Edition", Addison-Wesley, 2000, ISBN 0-201-65784-8
- Miro Samek, "Practical UML Statecharts in C/C++: Event-Driven Programming for Embedded Systems", Taylor & Francis, 2009, ISBN 0750687061, 9780750687065
- B. Baumgarten, "Petri-Netze - Grundlagen und Anwendungen", 1996, Spektrum-Akademischer Verlag, ISBN 3827401755, 9783827401755
- Wolfang Reisig, "Petrinetze: Modellierungstechnik, Analysemethoden", Fallstudien, Vieweg+Teubner, 2010, ISBN 978-3-8348-1290-2
Seminaristischer Unterricht
Am Anwendungsfall der Verhaltensimplementierung für Fahrroboter wird der Software-Entwicklungsprozess für autonome Systeme von der Spezifikation bis zu Implementierung und Test geübt.
- Anwendungsfall-Spezifikation
- Modularisierung/Schnittstellen-Spezifikation
- Modul-Spezifikation/-Standardisierung/-Test/-Zertifizierung
- Modul-Implementierung in C
- System-Integration
Die Roboter werden durch einen Mikrocontroller gesteuert, welcher auf Daten mehrerer Sensoren zugreifen kann und über mehrere LEDs und ein Display Information darstellen sowie Befehle über ein IR-Schnittstelle entgegennehmen kann. Die zu implementierenden Module sind:
- Sensorik/Signale (Lichtsensoren, Bodensensoren, Abstandsensoren), LEDs
- Aktorik - DriveControl (Fahrsteuerung)
- Verhalten - Behavior
- UI - User Interface (Eingaben, Ausgaben)
- Vorlesungsskripte
- Versuchsbeschreibungen und Anleitungen
- FAQs im Internet
Betreute Projektarbeit in Teams.
Verschiedene Perspektiven werden eingenommen: Entwickler, System-Integrator, Standardisierer, Zertifizierer, Tester
Einarbeitung anhand Labor-Dokumentation und Literatur.
Vor jedem Aufgabenblock ist ein Aufgabenblatt zur Einarbeitung zu lösen.
Dokumentationen für die verschiedenen Aspekte Spezifikation/Standardisierung/Test/Zertifizierung werden erstellt.
Die Teilnehmer der Übung lernen deklarative Elemente des Word Wide Webs auf Basis von XML Standards kennen.
Nach Vermittlung der XML Grundlagen, schreiben die Studierenden syntaktisch wohlgeformte und gültige XML Dokumente. Sie erzeugen eigene XML-Modelle anhand von Document Type Definitions und der W3C Schema Language.
Nachdem die Teilnehmer mit dem XPath-Standard Informationen in XML Dokumenten abfragen, eignen sie sich die Grundlagen XSLT-Programmiersprache an und wenden diese auf typische Integrationsszenarien an.
- Folien
- Übungsaufgaben
Praktische Rechnerübung im Labor.