Themen und Projekte

Eingebettete Systeme und ihre Anwendungen sind zentraler Inhalt der Forschung und Entwicklung am Forschungsbereich ESS am FZI. Eine besondere Stärke des Bereiches ist die außergewöhnlich breite Technologie- und Systemkompetenz aus Elektronik, Softwaretechnik, Optik und Optoelektronik, Mikrosystemtechnik und Sensorik. Einen Überblick über unsere aktuellen Forschungsprojekte finden Sie unter Projekte.

Aktuelle Forschungsschwerpunkte aus den Anwendungsgebieten Elektronische Systeme und Mikrosysteme und Medizinische Informationstechnik sind:

Elektronische Systeme und Mikrosysteme

Entwurf von eingebetteten Systemen

Eingebettete Systeme sind überall - ob in Autos, Mobiltelefonen oder Waschmaschinen: 90% aller Prozessoren sind eingebettet. Mit der Anzahl der eingebetteten Systeme nehmen auch die Herausforderungen in der Entwicklung zu, z.B. in Bezug auf Systemkomplexität, Sicherheit, Interoperabilität und Stromverbrauch. Aufbauend auf neuesten Methoden und Werkzeugen unterstützt ESS Entwicklungsarbeiten - von der Entwicklung von Hard- und Softwarekomponenten für eingebettete Systeme bis hin zu Systemintegration und Test komplexer Anwendungen. Schwerpunkte liegen im Bereich von mobilen Informationssystemen und im HW/SW-Codesign, insbesondere bei der Verwendung rekonfigurierbarer Hardware (z.B. FPGA). Hauptanwendungsbereiche der Projekte finden sich in der Automobilelektronik und der Medizintechnik.

Projekte: FZI Living Lab Automotive, Technologie- Methodenberatung für Industrieanwendungen

Entwicklungsmethodik und Modell-basierter Entwurf

Mit der zunehmenden Komplexität vernetzter eingebetteter Systeme – Beispiel Automotive-Steuergeräte – steigen die Anforderungen an Methodik und Werkzeuge beim Entwurf. Modell-basierte Entwicklungsmethoden und Codegenierungsmechanismen helfen Entwurfsentscheidungen in frühen Entwurfsphasen zu validieren und Fehler früh zu entdecken. Schwerpunkte der Arbeiten von ESS liegen z.B. in der Entwicklung durchgängiger Modell-basierter Entwicklungsprozesse durch Meta-Modellierung, Modell-zu-Modell-Transformation und Toolkopplung sowie in der Werkzeugunterstützung in frühen Entwurfsphasen. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten ist das Modell-basierte Testen: Darin untersucht ESS die Verbesserung der Testmethodik für eingebettete System durch echtzeitfähige Testausführung, Erhöhung der Systematik im Testdesign mittels Einsatz von Testmodellen, die Verbindung von Software- und Systemtests, sowie die Unterstützung durch Metriken (Code- und Testabdeckung). Erreicht wird dies durch eine Verknüpfung der modellzentrierten Ansätze mit leistungsfähigen Entwicklungssystemen für eingebettete Prozessoren. Basierend auf der langjährigen Erfahrung in Testbereich unterstützt ESS seinte Partner bei der Entwicklung von Testkonzepten und Lösungen im Komponenten- und Softwaretest. Anwendungsbereiche sind unter anderem der Hardware-in-the-Loop-Test (HIL) für Automotive-Steuergeräte, Steuereinheiten für Motorprüfstände oder die Entwicklung von eingebetteten Diagnosesystemen

Projekte: EEExplore, MSM, FTA/EE, e-drive, eMOTE, MoE-RES

Embedded Security

Die zunehmende Dezentralisierung eingebetteter Systeme in Netzwerke kommunizierender Knoten geschieht in einem heterogenen und potentiell nicht vertrauenswürdigen Umfeld. Entsprechend hoch ist der Bedarf an Sicherheitslösungen: Hier entwickelt ESS Lösungen zum Schutz vor Produktpiraterie im Maschinen- und Anlagenbau, zum Schutz der Datenintegrität bei vernetzten medizinischen Geräten, oder zur Vermeidung von fehlerhaften Software-Updates oder Chiptuning in der Automobilindustrie. Aufgrund der besonderen Anforderungen eingebetteter Systeme (z.B. Ressourcenbeschränkung) sind auch besondere Mechanismen und Lösungsansätze für Sicherheit in Embedded-Anwendungen nötig. Aktuelle Anwendungsbeispiele sind Sicherheitsarchitekturen für den Schutz vor Produktpiraterie im Anlagenbau und für Fertigungsketten oder plattformunabhängige Lösungen für den Softwareschutz in SPS-Steuerungen.

Projekte: ProProtect, SecSPS

Qualitätssicherung eingebetter Software und Systeme

Mit der zunehmenden Komplexität eingebetteter elektronischer Funktionen – beispielsweise im Umfeld von Fahrerassistenzsystemen im Automobil – steigen auch die Anforderungen an Testmethoden und -werkzeuge. Im Auftrag von Industriepartnern unterstützt ESS die Entwicklung von Testkonzepten und Lösungen im Komponenten- und Softwaretest. Anwendungsbereiche sind unter anderem der Hardware-in-the-Loop-Test (HIL) für Automotive-Steuergeräte oder Steuereinheiten für Motorprüfstände. Arbeiten des FZI umfassen z.B. die Entwicklung von Umgebungssimulationsmodellen für (HIL-)Testsysteme oder die Entwicklung von eingebetteten Diagnosesystemen. Ein Schwerpunkt der Arbeiten ist das Modell-basierte Testen eingebetteter Software: Dabei untersucht ESS die Verbesserung der Testmethodik für eingebettete System durch echtzeitfähige Testausführung, Erhöhung der Systematik im Testdesign mittels Einsatz von Testmodellen, die Verbindung von Software- und Systemtests, sowie die Unterstützung durch Metriken (Code- und Testabdeckung).

Projekte: eMOTE, MoE-RES

Multicore-Architekturen und rekonfigurierbare Hardware

In vielen Anwendungsgebieten eingebetteter Systeme gewinnen flexible Architekturen wie rekonfigurierbare Hardwaresysteme und Multicore-Architekturen zunehmend an Bedeutung. Die in jüngster Zeit aufkommende Möglichkeit der Anpassung von Hardware zur Laufzeit (dynamische Rekonfiguration) ermöglicht den Entwurf hochperformanter und flexibler Systeme für eine Vielzahl von Applikationen. Eine Vielzahl von Applikationen können dadurch kostengünstig und mit geringerer Verlustleistung im Betrieb umgesetzt und in adaptiven Systemen als Hardwarefunktion integriert werden. In aktuellen Auftragsforschungsprojekten werden z.B. Einsatzaspekte rekonfigurierbarer Hardware in verschiedenen Automotive-Funktionen untersucht und in Software-/Hardware-Demonstratoren umgesetzt. Daneben untersucht der Bereich ESS für seine Partner die Nutzung von Multicore-Architekturen in der Automobilelektronik und für biotechnologische Anwendungen.

Projekte: ESDE

Medizinische Informationstechnik

Sensornetzwerke und Mobile Informationssyteme

Sensor-Aktor-Netzwerke, in denen eine sehr große Anzahl von Sensoren und Aktoren in unsere Umgebung eingebettet sind, die sich selbst zu Netzwerken organisieren und kooperativ eine Aufgabe erfüllen, haben in letzter Zeit eine große Aufmerksamkeit in der Forschung erzielt, welche sich jedoch häufig auf Simulationen und Demonstratoren beschränkt. Aufbauend auf den Erfahrungen mit Standard-Technologien wie Bluetooth oder Zigbee arbeitet ESS an Methoden und Technologien, um den Übergang von Sensornetzwerken in reale Anwendungen (z.B. in der Medizintechnik, Gebäudeautomation oder Umweltmesstechnik) voranzutreiben. Entsprechende Fragestellungen wie Selbstorganisation, Lokalisierung oder Energie-autarke Sensorknoten werden mit konkretem Anwendungsbezug bearbeitet. Damit verbunden sind unsere Arbeiten zur Anwendung Mobiler Informationssysteme (z.B. Smartphones, PDAs) und deren Einbindung in Intelligente Umgebungen aus lokalen Funknetzwerken.

Projekte: MANET, VitaBIT, INTAKT

Innovative körpernahe Sensorik und Biosignalverarbeitung

Für Anwendungen in der personalisierten Medizin, der Telemedizin, und dem Ambient Assisted Living erforscht das FZI innovative Technologien für körpernahe und am Körper tragbare (Vital-) Sensorik sowie deren Anwendungsmöglichkeiten. Beispiele für neuartige Monitoringtechnologien sind die Entwicklung von Systemen zum berührungslosen Monitoring von EKG und EMG und textilintegrierte Sensorsysteme. Eng damit verbunden sind Forschungsarbeiten zur Echtzeit-Biosignalverarbeitung auf eingebetteten Systemen unter besonderer Berücksichtigung von Anforderungen mobiler Sensorik wie z.B. Artefakterkennung und –Unterdrückung sowie zur automatischen Signalanalyse für Diagnosezwecke. Neben Anwendungen im medizinischen Monitoring wird auch die Verarbeitung von Biosignalen für andere Anwendungsbereiche (z.B. Fahrerzustandserkennung, Stressmonitoring) untersucht.

Projekte: MANET, INSITEX, MµGUARD, xDELIA

Telemonitoring-Systeme

Insbesondere im Kontext neuer Versorgungsinstrumente im Gesundheitswesen (Integrierte Versorgung, Disease Management, DRGs) gewinnen Telemonitoring-Systeme zunehmend an Bedeutung. Die kontinuierliche Überwachung von Vitalparametern mit Mikromedizinischen Sensoren führt zu erheblichen Verbesserungen in Prävention und Therapiesteuerung. Auch das Langzeitmonitoring von Risikopatienten durch intelligente tragbare Überwachungssysteme gewinnt zunehmend an Bedeutung. Ein wichtiger Aspekt ist neben den Fragen der Online-Auswertung der Daten die einfache, möglichst unsichtbare und komfortable Applikation des Systems am Körper des Patienten. Die Entwicklung von Hard- und Software für innovative mobile Sensorik und Softwarekonzepte für mobile Telemedizin-Systeme sind Schwerpunkt der aktuellen Forschungsarbeiten in diesem Bereich. Schließlich spielt auch die Vernetzung von körpernahmen Vitalsensoren mit E-Health-Systemen eine große Rolle. So untersucht das FZI die Anwendung von sicheren Funkvernetzungssystemen in medizinischen Anwendungen – auch auf Basis aktueller Standardisierungsaktivitäten im Rahmen der Continua Health Alliance.

Projekte: MµGUARD, INTAKT

Ambient Assisted Living

Technologien und Dienstleistungen für ein selbständiges Leben im Alter – in der Wissenschaft und Forschung unter dem Begriff “Ambient Assisted Living” zusammengefasst – erfordern ein lückenloses Zusammenspiel verschiedener Technologien und nichttechnischer Disziplinen, zum Beispiel solcher, die sich mit Organisation und Verwaltung der Pflege beschäftigen. Gestützt auf das FZI Living Lab AAL erarbeitet der Bereich ESS an neuartigen, in die Lebensumgebung integrierbaren („ambienten“) Sensoren und Assistenzsystemen sowie an mobilen, kontextsensitiven IT-Lösungen zur Unterstützung von Pflegeaufgaben. Wichtige Aspekte sind dabei die Einbeziehung von Anwendern in die Forschungsaktivitäten (User-Centered Design) und Evaluationsgetriebene Entwicklungsansätze mit dem Living Lab.

Projekte: FZI Living Lab AAL, easyCare, VitaBIT, Alumin, OptimAAL, Mirror

Smart Clothes and Smart Textiles

Die Integration von Mikrosystemtechnik und Elektronik in Intelligente Textilien wird nach Meinung vieler Experten in Zukunft selbstverständlich sein. Anwendungen reichen von Intelligenter Kleidung zum Langzeitmonitoring von Risikopatienten bis hin zu Anwendung zur Klimasteuerung oder Sicherheitsfunktionen in textilen Komponenten im Autoinnenraum. Durch sehr frühe Beschäftigung mit diesem stark interdisziplinär ausgerichteten Forschungsbereich konnte ESS wertvolle Kontakte zu Partnern aus Industrie und Forschung herstellen, mit denen ein Übergang der Konzepte zu realen Anwendungen vorangetrieben wird. Schwerpunkte der Arbeiten von ESS liegen in der Entwicklung Textiler Sensorik, z.B. zum EKG- oder Atmungsmonitoring, in der Daten- und Energieübertragung in textilen Komponenten sowie in der Anwendungsspezifischen Integration.

Projekte: MµGUARD, INSITEX