“Hardware and RAMS” elective project-based course

In the first half of the semester, the course will cover the

basics concepts and tools commonly applied in the design

and analysis of complex critical systems. In the second part

the students will slip into the role of a system engineer in

order to develop their own critical system concepts. The

project topics will be concrete industrial applications

involving electrical and information engineering and

embedded systems. For example, this can be the design of:

a power supply of an airplane

a safe communication protocol for controlling an electric car

a strategy for dealing with transient hardware faults of the on-board computer of a Mars

lander

a time-critical control system of a respirator

a highly reliable communication network in an Industry 4.0 factory

an optimized electric grid within a wind energy farm

We will also continue the development of the HAW-Ebf, the model railway of HAW (example

from TU Berlin ↑).

SELECTED TOPICS

basics of the system design and requirement engineering, SysML

typical industrial development processes, project documentation

identification of hazards, risk mitigation strategies, safe system architectures

forecasting the effects of technical faults (FMEA)

qualitative description of system performance: fault-trees and Markov models

the role of humans in the critical technical systems

safe information transmission

controlling random bit-flips

ADDITIONAL INFORMATION

prerequisites: none, except willingness to learn and have fun with developing own ideas

2-3 persons project groups, a project presentation at the end

lecture language will be either English or German depending on the participants,

working languages can be either English or German

contact me for more information (pawel.buczek@haw-hamburg.de)

Elective Project/Wahlprojekt (english/Deutsch)

Design and analysis of mission-critical systems 2: embedded software

Prof. Dr. Paweł Buczek

This project-based course will focus on the design and analysis of mission-critical systems. Two

complementary modules are offered:

1. Hardware and RAMS focusing on the safe hardware platforms and reliability analysis

2. Embedded software covering the development of high-quality safe control software

The examples of critical systems are ample and constitute the technical basis of our civilization:

energy generation and delivery, communication, automotive and railway traffic, space flight and

aeronautics, medical equipment, etc. The common property of these systems is that their

failures may have catastrophic consequences, for example death or serious injury of persons,

substantial threat to the natural environment, and/or great material losses. The goal of the

course is to learn how to design and analyze such systems in order to avoid the dangers without

giving up the functionality. It is

meant to foster the "systemic

thinking" in which the major

emphasis is put on the

understanding and describing

complex interaction between

system's components leading to

new unique functionalities as

well as emergent hazards.

Figure 1: Examples of critical real-time systems which are controlled by embedded software. Typically, the faults of the software have catastrophic consequences.

“Embedded software” elective project-based course

In the first half of the semester, the course will cover

the basics concepts and tools commonly applied in the

design of complex critical software control systems. In

the second part, the students will work on their own

projects. The topics can be freely chosen. The further

development of the HAW-Ebf, the model railway of

HAW ( example from TU Berlin), is possible.

CONTENT OF THE MODULE

1. the design of hardware drivers (SW-HW interfaces), including strategies for

modularization and re-use as well as application programming interfaces (APIs)

2. the use of real time operating system (RTOS) in the design of time critical applications.

In the course we are going to use freeRTOS.

3. model based software development with SCADE. Model based approaches concentrate

on the functionality of the software and not on the actual implementation in languages

like C. Once the model (i.e. the specification of the functionality) is completed, the

compilable C is automatically generated in the development environment. The

popularity of this approach is rapidly growing as it allows to save over 50% time during

the development and test of the embedded software.

a) b)

c)

Figure 2: a) Typical architecture of a modern complex software-driven embedded control system. The design of control algorithms and drivers as well as application of the real-time operating systems is covered in this course. b) Example of real-time scheduling using freeRTOS c) SCADE model of cruise control system in an airplane

ADDITIONAL INFORMATION

prerequisites: none, except willingness to learn and have fun developing own ideas

2-3 persons project groups, a project presentation at the end

lecture language will be either English or German depending on the participants,

working languages can be either English or German

contact me for more information (pawel.buczek@haw-hamburg.de)

Wahlpflichtprojekt

Aktuelle

Sicherheitsprobleme der IKT

primär für den Bachelor-Studiengang Elektrotechnik

und Informationstechnik

Diese Veranstaltung richtet sich an alle, die sich für die

aktuelle Forschung auf dem Gebiet der IKT-Sicherheit

interessieren.

Die Projektvergabe erfolgt in Absprache mit den Studierenden nach

deren Vorkenntnissen und Neigungen an einem der ersten Termine.

Typische Projektthemen werden sein:

• Meltdown, Spectre und daraus abgeleitete Bedrohungen,

• Car-Security-Analyse,

• eigene Vorschläge.

Umfang: 4 SWS, Fragen? Sprechen Sie mich an!

Max. 10 Teiln. Oder schreiben Sie mir

eine E-Mail.

Prof. Dr.-Ing. Robert Fitz

Robert.Fitz@haw-hamburg.de

Labor für Automatisierungstechnik

Prof. Dr. Ulfert Meiners Maximale Teilnehmerzahl = 16

Wahlpflicht-Projekt im Sommersemester 2020

AUTOMATISIERUNG EINES STÜCKGUTPROZESSES

DAS PROJEKT: Im Projekt wird als Prozessmodell das abgebildete System eingesetzt. Sie finden hier

eine von dem Umrichter SINAMICS S120 angetriebene Linearachse zur Zuführung von Teilen, ein Portal

zur Sortierung und weitere pneumatisch betriebene Puffer- und Zuführungsstrecken sowie einen Hand-

habungsautomaten (Roboter) und eine RFID-Lese-/Schreibeinheit. Mit dem Modell wird ein Stückgut-

prozess nachgebildet. Das System wird automatisiert, visualisiert und simuliert mit den Systemen

Siemens TIA Portal, WinCC, Profinet sowie UR Polyscope.

DIE PROJEKTARBEIT: Sie durchlaufen im Projektteam alle grundsätzlichen Phasen eines Projekts und

lernen so die in der Industrie übliche Projektarbeit kennen. Dazu gehört die Modellierung, die Implemen-

tierung, der Test und die Inbetriebnahme des Gesamtsystems. Das Projekt schließt mit der Präsentation

der automatisierten Anlage. Sie werden Teilaufgaben in Kleingruppen lösen und diese dann in das

Gesamtprojekt einbringen.

DIE VORAUSSETZUNGEN: Es werden Grundkenntnisse der Steuerungstechnik, so wie sie beispiels-

weise in dem Modul E4-ST (Steuerungstechnik) vermittelt werden, erwartet. Damit ist dieses Projekt

bevorzugt für Studierende der Vertiefungsrichtung „Automatisierungs- und Energietechnik“ aus

dem Bachelorstudiengang Informations- und Elektrotechnik gedacht.

Ankündigung Wahlpflichtprojekt im Sommersemester 2020 für Studierende des Bachelorstudiengangs EuI des 6. und 7. Semester aller Vertiefungsrichtungen

Konzeption und Umsetzung eines Demonstrators für Fehlerangriffe auf kryptographische Algorithmen

Prof. Dr. Heike Neumann

Ingolf Jährig

Fehlerangriffe (engl. Fault injections) gehören heutzutage zu den erfolgreichsten

Attacken auf kryptographische Implementierungen auf Chipkarten. Angegriffen

werden können dabei sowohl Verschlüsselungen als auch digitale Signaturen. Die

Angriffe sind deshalb so interessant, weil sie bei unsicheren Implementierungen sehr

effizient nicht nur Teile von geheimen Informationen aufdecken können, sondern im

Allgemeinen zur Offenlegung von kryptographischen Schlüsseln führen.

In diesem Projekt besteht die Aufgabe darin, einen klassischen Bellcore-Angriff auf

einen der wichtigsten kryptographischen Algorithmen, den RSA, und ebenso die

Wirkungsweise von Gegenmaßnahmen zu demonstrieren. Projektteams von je drei

Personen sollen dabei zunächst je einen Demonstrator für einen solchen Angriff

konzipieren und dann umsetzen. Die Aufgabenstellung beinhaltet dabei sowohl die

Software-Implementierung des RSA auf einem Mikrocontroller als auch die

hardwaretechnische Umsetzung einer Bellcore-Attacke. Ebenso ist ein konsequentes

Projektmanagement Teil der Aufgabe.

Der Kurs ist für Studierende aller Vertiefungsrichtungen offen.

Es können maximal 15 Studierende teilnehmen.

Dieser Kurs kann nicht belegt werden von Studierenden, die bereits das WP

Kryptographie in Soft- und Hardware besucht haben.

Ankündigung Wahlpflichtprojekt im Sommersemester 2019für Studierende des 6. und 7. Semesters der Elektrotechnik und Informationstechnik mitVertiefungsrichtungen Automatisierung & Energietechnik, Regenerative Energiesysteme,

allgemeine Elektrotechnik (nicht für die Vertiefung K wegen Überlappungen):

Grundlagen der KommunikationstechnikVernetzte Geräte im Internet-der-Dinge für industrielle oder Heimanwendungen, aber auchMobilkommunikation oder der Laptop im WiFi erfordern Kommunikationstechnik.Auch für die Kommunikation zwischen Komponenten für die Automatisierung oder im Automobil, Zug oder Flugzeug geht es heute nicht mehr ohne Kommunikationstechnik.Der Bedarf am Arbeitsmarkt für aktuelle elektronische Produkte erfordern gerade heute einWissen um die Funktionsweise elektronischer Nachrichtentechnik.Wir Elektrotechniker sind auf diesem Gebiet zuhause, nämlich in der Schicht 1 und 2 des ISO/OSI-Referenzmodells, der physikalischen Schicht (Nachrichtentechnik) und der Sicherungsschicht (Medienzugriff, Codierung, Fehlersicherung, ARQ). Daraus entstehen Netzwerke (ab Schicht 3), die wir auch ausführlich behandeln, sowohl in Theorie als auch in der Praxis. Wir betrachten kabelgebundene Ethernet- und IP-Netze genauso wie Funknetze wie IEEE802.11 (WiFi), LTE oder Internet-of-Things(IoT)-Netze und deren Anwendungen z.B. im Smart Home, Sensornetzen und zellulären Netzen. Wir program-mieren und analysieren außerdem Server- und Clientanwendungen auf der Socket-Schnittstelle (verteiltes System). Protokolle und Dienste werden ausführlich behandelt.

Inhalt:• Grundlagen der Kommunikationstechnik• Einführung in Netzwerkschichen (ISO/OSI), -protokolle und -dienste• PHY-Schicht (1): Signalübertragung auf Leitungen, Glasfasern und über Funk• PHY: Antennen, Oszillatoren, Mischer, Modulatoren, Demodulatoren, Filter• PHY: Digitale Modulation und Demodulation (OOK, FSK, BPSK, QAM), OFDM• PHY: Rauschen, Signal/Rausch-Verhältnis, Bitfehler, Fehlererkennung und -korrektur• PHY: Informationstheorie, Shannon-Grenze• MAC-Schicht (2): Kanalzugriff TDMA, FDMA, CDMA, Aloha, CSMA/CD, CSMA/CA• MAC: Medienzugriffskontrolle (MAC): zentral/dezentral. Unicast/Multicast/Broadcast• MAC: Mobilfunknetze und lokale Netze, Kanalzugriffsschemen, Rahmenformate• MAC: Paketfehler und ARQ• Netzwerkschicht (3): IP, ATM, MPLS, Routing, Fragmentierung• Transportschicht (4): TCP, UDP, Flusskontrolle, Überlastkontrolle, Ratenkontrolle• Puffer, Engpaßanalyse, Protokolloverhead, Durchsatzbetrachtungen• Dienstgüte (QoS) in den Schichten 2-4, Echtzeit-/Nichtechtzeitanforderungen • Topologien (Mesh, Tree), Routing, heterogene Netze, Bridges, Switches, Gateways• Funknetze: WiFi, Zellulär (GSM,UMTS,LTE,5G), ISM-Band• Programmierung von Daemons (Diensten) und Clients in C oder Java. • Beispiel eines Smart-Home Funknetzes mit IoT-Komponenten• Beispiel Funkfernsteuerung von Fahr- und Flugzeugen• Beispiel Sensornetzwerke• Beispiel Netzwerkanalyse und Hexdumps mittels Tcpdump/Wireshark

Die Vorlesung wird durch Praktikumsaufgaben in 2er Gruppen ergänzt und bearbeitet die umfangreichen Themen anschaulich durch Experimente, Simulationen und Programmierung.

Prof. Dr. Rainer Schoenen

WAHLPFLICHTPROJEKT ELECTIVE PROJECT IN EMBEDDED SYSTEMS

Schnelle Signalverarbeitung auf FPGAs (Video + Audio)Fast Signal Processing on FPGAs (Video + Audio)Prof. Dr.-Ing. Lutz Leutelt

ZIELE GOALS

Wenn Systeme Daten schnell verarbeiten müssen, beispielsweise in Kommunikations-schnittstellen oder Radarsystemen, sind softwaregesteuerte Systeme oft zu langsam und optimierte Architekturen müssen her. Sie lernen in diesem Projekt, wie man komplexeAlgorithmen strukturiert in ein schnelles digitales System überführen kann. Damit das Ergebnis mehr Spaß macht, wenden wir die allgemeinen Techniken auf Audio- und Videosignale an. Unser Ziel ist es, die Ergebnisse aus den unterschiedlichen Teams zu einenechtzeitfähigen, digitalen Effektgenerator für verschiedene Audio- und Videoeffektezusammenzufassen.

Fast data processing often requires optimized digital hardware architectures, as straight software implementations are too slow. In this project, you learn how complex algorithms are converted into digital systems in a structured manner. For a better experience, we focus on implementing Video and Audio algorithms. Our goal is to merge the results of the individual teams to a digital audio/video effect generator.

ÜBERBLICK

Theorie-Exkurs zum Einstieg: wir bringen unsalle auf einen gemeinsamen Kenntnistand und führen Architekturen und Methodiken der Implementierung von Algorithmen als DigitalesSystem ein. Jedes Team erhält individuellen Input.

Parallel suchen Sie sich sich einen Audio- oderVidoeeffekt aus, den Sie implementierenmöchten (das dürfen gerne eigene Ideen sein oder aus empfohlener Literatur).

Algorithmus für Hardware-Implementierungin Matlab vorbereiten und auslegen.

Realisierung und Implementierung des hardware-nahen Algorithmus auf dem FPGA, Test und Integration mit Modulen der anderen Teams

mit diesem Projekt führen wir eine neue Generation von FPGAs (Xilinx Artix 7) mit neuenEntwicklungswerkzeugen an der HAW ein.

ZUSÄTZLICHE INFORMATIONEN ADDITIONAL INFORMATION

bis zu 14 Studierende in 2er/3er-Teams up to 14 students in teams of 2/3 students zweisprachig deutsch/englisch bilingual German/English geeignet für alle Vertiefungrichtungen | well-suited for Information Engineering students

Fragen? Questions, particularly for more details in English language?E-mail an to lutz.Leutelt@haw-hamburg.de oder vorbeischauen in or stop by in R8.83

Im Projekt eingesetztes Videocodec-Board.