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This project was done in collaboration with CERN and is part of the detector control system of the ATLAS experiment. The primary goal foresaw the development and testing of the FPGA card for the MOPS-HUB crate with the focus on radiation tolerance. This was accomplished with the approach of designing two different PCBs. The first PCB was created as a fast prototype with the use of a commercial SOM-board. This was also beneficial for confirming that the chosen FPGA is suitable for the MOPS-HUB application. After the successful assembly and test, a second, more complex and foremost radiation tolerant PCB was designed. This was achieved by solely using components of the CERN radiation database.
The second part of this thesis focuses on increasing the distance of TMR registers with a Python script. A method was created for extracting and later parsing a design’s placement
information from Vivado. Furthermore, were system designed and implemented to recognize TMR cells, to find and validate free cells and to finally create a new placement for import into Vivado. These algorithms were tested with a multitude of configurations and the quality, based on the maximum possible frequency of a design, determined.
For most classes of chains, it is known if these contain locks, but especially for fixed-angle equilateral equiangular obtuse open polygonal chains in 3D, which can be used to model protein backbones, this is unknown. Fixed-angle equilateral equiangular obtuse closed and open polygonal chains can be used to model polymers. For these, it is clear, that locks based on knots exist, but not which chains are generally locked. We therefore examine both open and closed fixed-angle equilateral equiangular obtuse chains. For this purpose, those chains are divided into various subgroups and, depending on the subgroup, other aspects are investigated to show locks. Techniques from knot theory, graph theory, and specifically robot arm reachability and motion planning are combined. Algorithms are developed to create chains in desired configurations and to study them. It is shown why all fixed-angle equilateral equiangular obtuse closed chains are expected to be locked or in rare cases rigid and non-locked, but never non-locked and non-rigid. For fixed-angle equilateral equiangular obtuse open chains it is shown why it is expected that there are open chains that are locked and that the smallest locked open chain has 𝑛=7.
Domänenspezifische Sprachen gewinnen seit einigen Jahren zunehmend an Bedeutung. Xtext ist eine sogenannte \textit{Language Workbench}, mit der solche Sprachen schnell entwickelt werden können. Neben der Sprachinfrastruktur wird eine inzwischen weit fortgeschrittene Integration in die IDE Eclipse erzeugt und es können optional ein Plug-in für IntelliJ und ein Webeditor erstellt werden. Der Ansatz ist dabei, dass der oder die Codegeneratoren direkt mit dem Abstract Syntax Tree arbeiten. In dieser Arbeit wird gezeigt, wie ein Domänenmodell in eine Xtext-Sprache integriert werden kann und wie Test- und Wartbarkeit davon profitieren. Besondere Beachtung finden, gegeben durch das Projektumfeld, die Anforderungen durch Funktionale Sicherheit.
Das Ziel dieser Arbeit ist die Definition einer allgemeinen Aufgaben-beschreibungssprache, die nicht an einen einzelnen Roboter gebunden ist, sondern für alle möglichen Arten von Robotern einsetzbar ist. Dieses Ziel soll mit Hilfe der Robotic Task Definition Language erreicht werden. Die Robotic Task Definition Language (RTDL) ist eine Sprache, die an der Fachhochschule Köln im Rahmen des Instituts-übergreifenden Projektes Verteilte Mobile Applikationen (VMA)" entwickelt wird. Die Aufgabe der RTDL besteht darin, eine allgemein gültige Aufgabenbeschreibungssprache für unterschiedlichste Roboter zu definieren. Mit einer solchen Aufgabenbeschreibungssprache ist es möglich, die Steuerungssoftware verschiedener Roboter in einer einheitlichen Sprache zu beschreiben und in einem weiteren Schritt auch umzusetzen.
Moderne Mobiltelefone bieten heutzutage eine Vielzahl von Funktionen, die weit über die grundlegenden Sprachdienste hinausgehen. Sie können als Terminplaner oder auch als Foto- und Videokamera genutzt werden. Die Nutzung dieser Funktionen wurde durch die steigende Leistungsfähigkeit der Geräte möglich. Mit der Entwicklung von UMTS und insbesondere den Übertragungstechniken HSDPA und HSUPA erhält das „mobile Internet" mehr und mehr Einzug auf mobilen Endgeräten. Aufgrund der hohen Leistungsfähigkeit und des Vorhandenseins der nötigen Infrastruktur können auch Videostreaming-Dienste genutzt werden. Um die Qualität einer Videoübertragung sicherzustellen, ist es notwendig, eine Software zu haben, die die Rahmenbedingung der Übertragung bestimmt und so Rückschlüsse auf die entscheidenden Parameter ermöglicht. In dieser Arbeit soll eine Software entwickelt werden, mit der es möglich ist, die Qualität einer Videoübertragung zu bewerten. Um eine möglichst hohe Qualität der Videos zu ermöglichen, müssen sie zur Übertragung effizient komprimiert werden. Einer der neuesten Standards zur Komprimierung ist H.264. Dieser Standard bietet eine durchschnittlich dreimal höhere Kompressionsrate als MPEG-2, welches beispielsweise bei der Übertragung von digitalem Fernsehen (DVB) und der Speicherung von Videodaten auf einer DVD zum Einsatz kommt. H.264 ist Teil des MPEG-4 Standards, der sich im Bereich der mobilen Endgeräte schon jetzt durchgesetzt hat. Die Struktur von H.264 wird im zweiten Kapitel dargestellt, der Transport von H.264 über verschiedene Streaming-Protokolle im dritten Kapitel dieser Arbeit. Die zur Bewertung der Qualität verwendeten Parameter werden im vierten Kapitel zusammengefasst. Die zu erstellende Software soll primär für die Android Plattform entwickelt werden. Jedoch soll bei der Entwicklung auch darauf geachtet werden, dass die Software leicht in eine andere Umgebung portierbar ist. Die Android Plattform ist ein komplettes Softwarepaket für mobile Endgeräte wie Smartphones und Netbooks. Neben einem auf Linux basierenden Betriebssystem liefert Android eine Middleware für die Entwicklung und den Betrieb der Anwendungen. Im fünften Kapitel wird der grundlegende Aufbau und die Entwicklung einer Android Anwendung beschrieben. Nach der Betrachtung der Grundlagen zur H.264-Videokompression, der verwendeten Streaming-Protokolle und der Entwicklung einer Android Anwendung folgt das sechste Kapitel, welches sich mit dem Softwareentwurf und der Implementierung beschäftigt. Der plattformunabhängige Teil der Software steht hier im Fokus, während dem plattformabhängigen Teil lediglich ein kleiner Teil des Kapitels gewidmet ist. Die Qualitätssicherung der Software wird im siebten Kapitel beschrieben. Hier erfolgt eine Betrachtung des Einflusses der Software auf die Übertragung. Ebenso werden Methoden zur Überprüfung der Korrektheit erläutert. Das achte Kapitel zeigt die Auswertung der Messerergebnisse. Im neunten Kapitel wird die entworfene Software dargestellt. Es wird die Bedienung der Software erläutert, sowie die Darstellung der Messergebnisse präsentiert.
Entwicklung eines Videoanalysesystems auf Basis von Java Mobile Edition für Symbian SmartPhones
(2009)
Der Markt für mobile Telefone wächst schon seit mehreren Jahren rasant. Das "Handy" wird schon lange nicht mehr nur zum Telefonieren benutzt. Es ist zu einem nicht mehr wegzudenkenden Assistenten geworden, der immer einsatzbereit und in Reichweite ist. Das Gerät kann außer den Grundfunktionen wie Telefonieren und SMS-Verschicken als persönlicher Terminplaner, Notizbuch oder auch als Foto- oder sogar Videokamera genutzt werden. In den letzten Jahren sind Mobiltelefone auch in der Internet- und Multimediawelt vertreten. Sie besitzen mittlerweile genug Leistung, Speicher und Bildschirmfläche, um Webseiten darzustellen oder komplette Spielfilme wiederzugeben. Die sinkenden Preise für mobile Breitband-Internetzugänge (Flatrate mit 7,2 Mbit/s schon ab 35 Euro), die wachsende Anzahl der mobilen Internet-Zugänge, die sinkenden Nutzungspreise der so genannten „HotSpots“ (in Hotels, Restaurants, etc. oft kostenfrei) und die Leistungsfähigkeit der aktuellen mobilen Endgeräte, ermöglichen die Nutzung der Videostreaming-Dienste. Diese Dienste können zum Beispiel IPTV, Video on Demand oder Videotelefonie sein. Um die Qualität des über ein IP-Netzwerk gelieferten Videodatenstrom zu gewährleisten, ist es notwendig die Qualität dieses Datenstroms im realen Umfeld und unter realen Bedingungen messen zu können. Das erfordert die Entwicklung eines Messsystems, welches direkt auf einem Endgerät installierbar und vom Gerätetyp möglichst unabhängig ist. Das zu entwickelnde Programm soll den Videodatenstrom mitschneiden und auswerten können ohne die Übertragung zum Wiedergabeprogramm zu stören. Es soll der Paketverlust, der Wert des Interarrival Jitters sowie die für das jeweilige Videoformat spezifischen Informationen erfasst werden. Die Auswertung soll in vom Benutzer bestimmbaren Intervallen durchgeführt werden können. Um diese Anforderungen zu erfüllen, wird eine Anwendung in der Programmiersprache Java Mobile Edition implementiert, die wie eine Netzwerkbrücke funktionieren wird. Sie wird Java-Threads für das parallele Empfangen und Weiterleiten der Datenpakete zwischen dem Server und dem Wiedergabeprogramm sowie für das Extrahieren und Auswerten der Daten verwenden. In Kapitel 2 werden die meisten Begriffe, die in der Diplomarbeit vorkommen erläutert. Einen wichtigen Punkt stellen in diesem Kapitel die Protokolle für den Transport der multimedialen Daten. Für die Darstellung von Videodaten auf mobilen Endgeräten hat sich der MPEG-4-Standard durchgesetzt. Dessen Entwicklung hat als Ziel, Systeme mit geringen Ressourcen oder schmalen Bandbreiten bei relativ geringen Qualitätseinbußen zu unterstützen. Auch dieser Standard wird hier dargestellt. Die Wahl der Programmiersprache, deren Hauptaspekte und die zur Fertigstellung des Messsystems nötigen Komponenten werden zum Schluss dieses vorgestellt. In Kapitel 3 wird die Umsetzung des Systems beschrieben: Zuerst die Darstellung des Entwicklungssystems und der Entwicklungsumgebung (3.1), danach werden zwei Alternativen genannt, nach denen die Entwicklung des Grundgerüsts der Software möglich ist (3.2). In Abschnitt 3.3 werden die Methoden präsentiert, die den Kern des Messsystems bilden und die so genannte „Deep Inspection“ des Videodatenstroms durchführen.
Das für diese Masterthesis realisiertes Softwaresystem verwendet als Teilkomponente die Softwarelösung IPEE (Internet Pattern Extrakt Engine), die von M.Sc. Andreas Frey entwickelt und in der ursprünglichen Fassung dokumentiert wurde. Diese Kapitel sind aus Gründen des Copyrights, die auf der Software IPEE liegen, nicht in der veröffentlichten Fassung (der Masterthesis) enthalten. Eingeleitet wird die Arbeit mit Aspekten des Entwicklungsstandes des Semantik Web (Web3.0). Es folgt die Begriffsdefinition der Semantik und der semantisch orientierten Verarbeitung. Für die Ablage (Archivierung) und Verarbeitung von Daten für semantisch orientierte verarbeitende Systeme eignet sich die Konzeption der semistrukturierten Daten, die darauf folgend definiert und mit den anderen Konzeptionen - wie strukturiert und nicht strukturiert - in Beziehung gesetzt wird. In den folgenden Kapiteln werden die Komponenten erklärt, die für die Realisierung eines Prototypen zur semantisch orientierten Verarbeitung verantwortlich sind und hauptsächlich auf Aspekte der semantisch orientierten Verarbeitung von Verben fokussiert sind. Von Relevanz sind hierbei Komponenten zur Wort- und Phrasen-Analyse und zur automatischen Recherche von Wörtern aus dem Internet. Da diese Komponenten auf die Realisierung von Pattern-Extraktionsverfahren basieren, wurde die spezielle Softwarelösung IPEE verwendet. Des weiteren werden Komponenten für die Generierung des semantischen Graphen und die Visualisierung anhand von hyperbolischen Bäumen mit Hilfe einer Open Source Software Treebolic Browser beschrieben. Auch wird eine GUI für die Eingabe und Verarbeitung von Sätzen der deutschen Sprache und die Verwaltung eines Bedeutungswörterbuches erklärt. Abschließend erfolgt eine experimentelle Auswertung der semantisch orientierten Verarbeitung.
Thema der Masterarbeit ist die Ablösung eines bestehenden kundenspezifischen IT-Systems durch moderne PC-Technologie mit dem Betriebssystem Linux. Die Software des neuen Systems sollte sich nach außen identisch mit der des abgelösten Systems verhalten. Dazu mussten die bestehenden Prozesse von der Programmiersprache PEARL für die neue Linux-Umgebung nach C++ portiert werden. Für diese und für neu geschaffene Prozesse wurde ein Applikationsframework als gemeinsame Software-Basis geschaffen. Zur Ankopplung externer, beibehaltener Systeme war ferner die Implementierung eines ISO/OSI 8073/TP4-Netzwerkprotokoll-Stacks erforderlich. Die Masterarbeit beschreibt zunächst das neu geschaffene, objektorientierte Applikationsframework. Dessen Komponenten, insbesondere die verschiedenen Klassen zur Kapselung des Linux Message Queue-Mechanismus zur Interprozesskommunikation, werden vorgestellt. Im Anschluss erfolgt die Beschreibung des ISO/OSI 8073/TP4-Protokolls, kombiniert mit allgemeinen Grundlagen für die Realisierung von gesicherten Transportprotokollen der OSI-Schicht 4. Angesprochen werden ferner die Protokolle IEEE802.2 und IEEE 802.3 der OSI-Schicht 2 für Medium Access Control (MAC) und Logical Link Control (LLC). Zur Implementierung dieser Protokolle kommen die Linux RAW Sockets als Programmierschnittstelle zum Netzwerkkarten-Zugriff zum Einsatz. Schwerpunkt der Arbeit ist die Software-Architektur zur Umsetzung des TP4-Transportprotokolls. Die nötigen Mechanismen für eine gesicherte Datenübertragung mit Sequenznummern, Acknowledges und Timern werden objektorientiert in C++ realisiert. Die Modellierung der beteiligten Klassen erfolgt mit Hilfe der Unified Modeling Language (UML).