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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Überschreiben eines nicht-flüchtigen Speichers eines Feldgerätes.
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In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessauto-matisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, wie beispielsweise Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH-Redoxpotentialmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, usw., welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter Feldgeräten also insbesondere auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.
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In modernen Prozessanlagen erfolgt die Kommunikation zwischen zumindest einer übergeordneten Einheit und den Feldgeräten in der Regel über ein Bussystem, wie beispielsweise Profibus® PA, Foundation Fieldbus® oder HART®. Die Bussysteme können sowohl drahtgebunden als auch drahtlos ausgestaltet sein. Die übergeordnete Einheit dient zur Prozesssteuerung, zur Prozessvisualisierung, zur Prozessüberwachung sowie zur Inbetriebnahme und Bedienung der Feldgeräte und wird auch als Konfigurier-/Managementsystem bezeichnet. Programme, die auf übergeordneten Einheiten eigenständig ablaufen, sind beispielsweise das Bedientool bzw. Bedienprogramm FieldCare der Firmengruppe Endress + Hauser, das Bedientool Pactware, das Bedientool AMS von Fisher-Rosemount oder das Bedientool PDM von Siemens. Bedientools, die in Leitsystem-Anwendungen integriert sind, sind das PCS7 von Siemens, das Symphony von ABB und das Delta V von Emerson. Unter dem Begriff ’Bedienen von Feldgeräten’ wird insbesondere das Konfigurieren und Parametrieren von Feldgeräten, aber auch die Diagnose zwecks frühzeitiger Erkennung von Fehlern an den Feldgeräten oder im Prozess verstanden.
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Derartige Feldgeräte umfassen dabei eine Elektronik mit einer Recheneinheit, bspw. einen Mikroprozessor, auf der bzw. dem eine Firmware abläuft, die zur Steuerung und Regelung des Feldgerätes dient. Diese Firmware wird seitens der Feldgerätehersteller erstellt und in das Feldgerät entsprechend eingebettet. Die Firmware umfasst dabei alle möglichen Funktionalitäten die das Feldgerät besitzt, völlig losgelöst davon, was für anwendungsspezifische Aufgaben später mit dem Feldgerät angedacht sind.
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Das Feldgerät wird also seitens der Feldgerätehersteller mit einer für den späteren Anwendungszweck völlig überfrachteten Firmware ausgeliefert.
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Um nun ein Feldgerät, welches in einer Prozessanlage eingebunden werden soll, für seine vorgesehene Funktion entsprechend zu konfigurieren (auch parametrieren genannt) werden die bereits oben beschriebenen Bedientools bzw. Bediengeräte oder auch Bedienprogramme verwendet.
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Da nicht alle Feldgeräte die gleiche Funktionalität aufbieten, insbesondere bei Feldgeräten unterschiedlicher Feldgerätehersteller divergieren diese Funktionalitäten, wird seitens der Feldgerätehersteller für jedes Feldgerät eine sogenannte Gerätebeschreibung bzw. Gerätebeschreibungsdatei (engl.: Device Description; kurz: DD) bereitgestellt. Diese Gerätebeschreibungsdatei beschreibt alle Gerätefunktionen und umfasst somit die Gesamtheit der Funktionalitäten des jeweiligen Feldgerätes. Die Gerätebeschreibungsdatei kann im Feldgerät oder auf einem externen Datenträger abgelegt sein. Ein Bediengerät extrahiert die zur Konfiguration bzw. Parametrierung des Feldgerätes erforderlichen Informationen aus der Gerätebeschreibungsdatei. Dadurch lassen sich mit einem einzigen Bediengerät verschiedene Feldgeräte unterschiedlicher Hersteller plattformübergreifend bedienen.
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Zwecks Schaffung einer einheitlichen Beschreibungssprache zur Erstellung derartiger Gerätebeschreibungsdateien für die Feldgeräte, haben die Fieldbus Foundation (FF), die HART Communication Foundation (HCF) und die Profibus Nutzerorganisation (PNO) eine einheitliche elektronische Gerätebeschreibungssprache (Electronic Device Description Language EDDL) erstellt. Die EDDL bzw. die entsprechende Electronic Device Description EDD ist in der Norm IEC 61804-2 definiert.
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Um einen flexiblen Einsatz der Feldgeräte in verschiedenen Systemen zu vereinfachen müssen dazu die Messwerte bereits im Feldgerät mittels umfangreichen Funktionen aufbereitet werden. Diese Anforderung wird maßgeblich durch eine vollumfängliche, d.h. die Gesamtheit von Funktionalitäten eines Feldgeräts beinhaltende Firmware realisiert, die typischerweise im Laufe der Zeit noch um weitere Funktionen erweitert wird.
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Dies führt dazu, dass die Firmware was deren Speicherbedarf angeht relativ groß wird und somit ein entsprechender Speicher in dem Feldgerät vorhanden sein muss.
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Daneben benötigt eine große Firmware (mit viel Funktionalität) auch eine schnellere Rechenleistung, die wiederum zu einem erhöhten Energiebedarf führt, welcher bei Feldgeräten, insbesondere bei Zweidraht-Feldgeräten oder auch batteriebetriebenen Feldgeräten, aber sehr begrenzt ist. Alternativ bei Beibehaltung der „aktuellen“ Rechenleistung führt das Verarbeiten einer relativ großen Firmware zu einer Absenkung der Verarbeitungsgeschwindigkeit.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hinsichtlich der Feldgeräteressourcen einsparende Firmware zu schaffen und diese in ein Feldgerät zu überschreiben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Überschreiben eines nicht-flüchtigen Speichers eines Feldgerätes mit einer anwendungsspezifischen Firmware gelöst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- a. Vorbereiten eines Bediengerätes zum Überschreiben des nicht-flüchtigen Speichers, wobei auf dem Bediengerät eine Gerätebeschreibungsdatei (engl.: Device Description) verfügbar gemacht wird, die eine Gesamtheit der Funktionalitäten des Feldgerätes beschreibt;
- b. Ableiten/Auswählen einer Teilmenge von Funktionalitäten aus der für das Feldgerät zur Verfügung stehenden Gesamtheit der Funktionalitäten die in der Gerätebeschreibungsdatei beschrieben sind,
- c. Erstellung einer anwendungsspezifische Firmware anhand der Teilmenge von Funktionalitäten;
- d. Überschreiben der anwendungsspezifischen Firmware in den nicht-flüchtigen Speicher des Feldgerätes, sodass das Feldgerät anhand der in den nicht-flüchtigen Speicher geschriebenen anwendungsspezifischen Firmware in der Lage ist eine anwendungsspezifische Aufgabe durchzuführen.
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Erfindungsgemäß wird eine für einen spezifischen Einsatzzweck bzw. Anwendungsfall Firmware erstellt. Hierzu wird eine Gerätebeschreibungsdatei, die das Feldgerät hinsichtlich aller seiner Funktionalitäten beschreibt, verwendet und die für den spezifischen Einsatzzweck bzw. Anwendungsfall benötigten Funktionalitäten herausgefiltert und anschließend eine anwendungsspezifische Firmware erstellt.
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Unter dem Begriff der Firmware versteht man im Allgemeinen ein Programm bzw. eine Software, das Funktionen zur Steuerung und Regelung des Feldgeräts enthält.
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Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten modularen Softwarestrategien, die eine vollumfängliche Firmware beschreiben, wird die Firmware gemäß der erfindungsgemäßen Lehre durch Anpassen an einen spezifischen Einsatzzweck bzw. Anwendungsfall reduziert. Dies bietet den Vorteil, dass der für die anwendungsspezifische Firmware benötigte Speicherbedarf reduziert wird. Zusätzlich wird auch noch die Ausführungsgeschwindigkeit im Vergleich zum Ausführen einer vollumfänglichen Firmware erhöht.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Kontrolle des Überschreibens der anwendungsspezifischen Firmware in den nicht-flüchtigen Speicher des Feldgerätes durchgeführt wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass als Bediengerät eine Smartphone oder ein tragbarer Computer, insbesondere ein Tablet, verwendet wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zumindest der Verfahrensschritt des Überschreibens der anwendungsspezifischen Firmware in den nicht-flüchtigen Speicher während einer Inbetriebnahme des Feldgerätes in einer Automatisierungsanlage durchgeführt wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme und vor dem Überschreiben der anwendungsspezifischen Firmware in den nicht-flüchtigen Speicher noch keine Firmware in den nicht-flüchtigen Speicher geschrieben wurde. Unter dem Begriff Inbetriebnahme ist die erstmalige bestimmungsgemäße Verwendung des Feldgerätes zu verstehen. Diese findet typischerweise beim Integrieren des Feldgerätes in eine bestehende Automatisierungsanlage statt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zum Verfügbar machen der Gerätebeschreibungsdatei auf dem Bediengerät eine Kommunikationsverbindung zu einem Server aufgebaut wird und die Gerätebeschreibungsdatei von dem Server auf das Bediengerät heruntergeladen wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass eine Überprüfung und/oder Aktualisierung der anwendungsspezifischen Firmware durchgeführt wird, wobei hierzu eine Information zur anwendungsspezifischen Firmware aus dem Feldgeräte ausgelesen wird, wobei anhand der Information eine Zuordnung der zur Erstellung der anwendungsspezifischen Firmware herangezogenen Gerätebeschreibungsdatei durchgeführt wird und die zur Erstellung der anwendungsspezifischen Firmware herangezogenen Gerätebeschreibungsdatei mit der bzw. den auf dem Server befindlichen Gerätebeschreibungsdatei bzw. Gerätebeschreibungsdateien durchgeführt wird und in dem Fall, dass auf dem Server eine neue bzw. aktuellere Gerätebeschreibungsdatei vorliegt, eine neue anwendungsspezifische Firmware basierend auf der neuen bzw. aktuellen Gerätebeschreibungsdatei erstellt wird und in den nicht-flüchtigen Speicher des Feldgerätes überschrieben wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die anwendungsspezifische Firmware über einen Linker, der Objektdateien, die über einen Compiler erzeugt wurden, zusammenstellt, generiert wird.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1: eine schematische Darstellung des Stands der Technik,
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2: eine schematische Darstellung der Erfindung.
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1 zeigt eine schematische Darstellung des Stands der Technik. Der prinzipielle Aufbau von Feldgeräten 2 ist im Wesentlichen immer gleich. Diese umfassen eine Sensor- und/oder Aktoreinheit 8, um eine Prozessgröße zu messen oder zu stellen, eine I/O-Einheit 9 um das Feldgeräte an einen Feldbus anzubinden, eine Ein/Ausgabeeinheit 10, bspw. ein Touchscreen, um Information aus dem Feldgeräte 2 auszulesen oder einzugeben und eine Hauptelektronik 11, die die nötigen elektrischen Verbindungen zwischen den einzelnen Einheiten herstellt und die nötige Steuerung und/oder Regelung der einzelnen Einheiten durchführt. Hierzu weist die Hauptelektronik 11 eine Recheneinheit 12 auf, auf der eine Firmware ausgeführt wird, die zuvor in einen nicht-flüchtigen Speicher des Feldgerätes geschrieben wurde.
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Seitens des Feldgeräteherstellers wird eine vollumfängliche Firmware 3a erzeugt, die das Steuern und Regeln des Feldgerätes 2 für alle seine Funktionen ungeachtet der späteren anwendungsspezifischen Aufgabe ermöglicht. Diese vollumfängliche Firmware 3a, die alle Funktionalitäten des Feldgerätes 2 abbildet wird wiederum seitens des Feldgeräteherstellers in den nicht-flüchtigen Speicher 1 des Feldgerätes 2 geschrieben. Bei Auslieferung des Feldgerätes 2 stehen somit alle möglichen Funktionalitäten, also die Gesamtheit der Funktionalitäten 6 des Feldgerätes 2 fest. Oder anders ausgedrückt, der im Feldgerät 2 zur Verfügung stehende Satz von Funktionalitäten unterstützt den gesamten prinzipiellen Aufgabenbereich des Feldgerätes 2, ungeachtet des späteren angedachten Einsatzzweckes. Das Feldgerät 2 mit all seinen Funktionalitäten wird dann nach der Inbetriebnahme in einer Automatisierungsanlage auf die anwendungsspezifische Aufgabe konfiguriert bzw. parametriert, sodass meist nur ein Bruchteil der Funktionalitäten aktiv verwendet wird.
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Da die Teilmenge der verwendeten Funktionalitäten 7 sehr unterschiedlich sein kann und die jeweilige Funktion möglichst allgemein nutzbar sein soll, verfügt fast jede Funktion über einen umfangreichen Parametersatz anhand dessen sich die jeweilige Funktion konfigurieren lässt. Beispielsweise verfügt ein Durchflussmessgerät über die Funktionalität „Masse messen“, die Funktionalität „Dichte messen“ und/oder auch „Temperatur messen“. Mittels spezifischen Parametern lassen sich diese Funktionalitäten zum einen aktivieren bzw. deaktivieren aber auch in dem Fall, dass sie aktiviert sind, entsprechend konfigurieren. So lässt sich, um wieder auf das vorherige Beispiel zurückzukommen, einstellen, dass ein spezifisches Durchflussmessgerät für eine anwendungsspezifische Aufgabe die Masse und die Dichte misst, wohingegen die Temperatur nicht gemessen wird. Für diese anwendungsspezifische Aufgabe ist die vollumfängliche Firmware 3a, in der alle drei Funktionalitäten implementiert sind, überfrachtet.
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In 1 ist diese Zuordnung von Funktionalität und Parameter bzw. Parametersatz in dem rechten Kasten angedeutet, in dem bspw. die Funktionalität a die Parameter a1 und a2 aufweist. Dabei kann bspw. die Funktionalität a „Temperatur messen“ darstellen und über den Parameter a1 kann diese aktiviert werden, wohingegen über den Parameter a2 deren Einheit, bspw. Kelvin oder Grad Celsius, eingestellt wird.
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2 zeigt eine schematische Darstellung der Erfindung. Hierbei ist der wesentliche Aufbau des Feldgerätes gleich wie zuvor beschrieben. Erfindungsgemäß unterscheidet sich jedoch die Firmware die in den nicht-flüchtigen Speicher geschrieben ist. Diese ist auf eine anwendungsspezifische Aufgabe hin angepasst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren um die anwendungsspezifische Firmware in den nicht-flüchtigen Speicher 1 des Feldgerätes 2 zu schreiben umfasst die folgenden Schritte:
- a. Vorbereiten eines Bediengerätes 4 zum Überschreiben des nicht-flüchtigen Speichers 1. Hierzu wird auf dem Bediengerät 4 eine Gerätebeschreibungsdatei 5 verfügbar gemacht, bspw. in dem diese mittels des Bediengerätes 4 von einem Server, auf dem die aktuellsten Gerätebeschreibungsdateien seitens des Feldgeräteherstellers bereitgestellt werden, heruntergeladen wird. Denkbar ist aber auch, dass diese manuell, d.h. von einem Bediener, auf das Bediengerät 4 aufgespielt wird.
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Die Gerätebeschreibungsdatei 5 umfasst, wie eingangs beschrieben, alle Gerätefunktionen und somit die Gesamtheit der Funktionalitäten 6 des jeweiligen Feldgerätes 2, die zu dem Zeitpunkt der Erstellung der Gerätebeschreibungsdatei 5 für das entsprechende Feldgerät 2 bekannt bzw. möglich waren. Da sich die Hardware der verschiedenen Feldgeräte bzw. Feldgerätetypen normalerweise unterscheidet, gibt es auch für jedes Feldgerät bzw. Feldgerätetyp unterschiedliche Gerätebeschreibungsdateien 5. Dementsprechend ist beim Verfügbar machen der Gerätebeschreibungsdatei 5 auf dem Bediengerät 4 darauf zu achten, dass eine zu dem Feldgerät 2 passende Gerätebeschreibungsdatei 5 verfügbar gemacht wird. Dies kann entweder manuell stattfinden, also in dem der Bediener anhand seines Wissens über das Feldgerät 2 die entsprechende Gerätebeschreibungsdatei 5 verfügbar macht oder in dem eine automatische Erkennung, bspw. durch elektronisches Auslesen eines Identifikationscodes des Feldgerätes, durchgeführt wird. Dieser Identifikationscode kann bspw. die Seriennummer des Feldgerätes 2 darstellen, und ist typischerweise auf einer sogenannten „Electronic Name Plate“ (kurz: ENP) des Feldgerätes 2 abgelegt. Das ENP stellt dabei ebenfalls einen nicht-flüchtigen Speicher dar, in dem für das entsprechende Feldgerät 2 spezifische Informationen abgelegt werden.
- b. Der nächste Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass eine Teilmenge von Funktionalitäten 7 aus der in der Gerätebeschreibungsdatei 5 beschriebenen Gesamtheit der Funktionalitäten 6 ausgewählt bzw. abgeleitet wird, die zur Konfiguration des Feldgerätes 2 für einen spezifischen Anwendungszweck bzw. für den anwendungsspezifischen Einsatz des Feldgerätes 2 benötigt werden.
- c. Im anschließenden Schritt wird eine anwendungsspezifische Firmware 3b anhand der zuvor ausgewählten bzw. abgeleiteten Teilmenge von Funktionalitäten 7 erstellt. Die anwendungsspezifische Firmware 3b weist dabei entsprechend der zuvor getroffenen Auswahl nur ein Teil der Funktionalitäten der in der Gerätebeschreibungsdatei 5 beschriebenen Funktionalitäten auf und ist somit, was deren Größe bzw. Speicherbedarf angeht, deutlich geringer als eine aus dem Stand der Technik bekannte vollumfängliche Firmware 3a, die alle in einer Gerätebeschreibungsdatei 5 beschriebenen Funktionalitäten wiederspiegelt.
- d. Im nächsten Schritt wird die anwendungsspezifische Firmware 3b in den nicht-flüchtigen Speicher 1 des Feldgerätes 2 geschrieben, sodass das Feldgerät 2 anhand der in den nicht-flüchtigen Speicher 1 geschriebenen anwendungsspezifischen Firmware 3b in der Lage ist eine anwendungsspezifische Aufgabe durchzuführen.
- e. In einem für das erfindungsgemäße Verfahren hinsichtlich der Erhöhung der Sicherheit vorteilhaften optionalen Schritt, wird eine Kontrolle des Überschreibens der anwendungsspezifischen Firmware in den nicht-flüchtigen Speicher des Feldgerätes 2 durchgeführt.
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Typischerweise findet diese Anpassung der Firmware 2 Vorort, d.h. bei der Inbetriebnahme des Feldgerätes in einer Automatisierungsanlage statt. In diesem Fall, weist das Feldgerät bis zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens noch keine Firmware auf bzw. wurde noch keine Firmware in den nicht-flüchtigen Speicher geschrieben.
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Zum Übertragen bzw. „Flashen“ wie es auch genannt wird, ist es vorteilhaft, wenn als Bediengerät 4 ein tragbarer Computer oder ein Smartphone eingesetzt wird. Beispiele für einen derartigen tragbaren Computer ist ein Tablet oder auch ein Laptop.
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Neben dem Durchführen des Verfahrens bei der Inbetriebnahme des Feldgerätes ist es aber auch denkbar, dass das Verfahren auch im Vorfeld, d.h. bevor das Feldgerät 2 in die Automatisierungsanlage integriert wird, durchgeführt wird und/oder, dass ein Teil der Verfahrensschritt vor der eigentlichen Inbetriebnahme des Feldgerätes 2 durchgeführt wird und ein Teil danach.
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Weiterhin hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn eine Überprüfung und/oder Aktualisierung der anwendungsspezifischen Firmware 3b durchgeführt wird. Hierzu wird nach dem ein Verbindungsaufbau zu dem Feldgerät 2 mittels des Bediengerätes 4 erfolgt ist, eine Information zur anwendungsspezifischen Firmware 3b, bspw. eine Versionsnummer, aus dem Feldgeräte 2 ausgelesen. Diese Information kann bspw. ebenfalls in dem ENP abgelegt sein oder in die anwendungsspezifische Firmware 3b geschrieben sein, sodass sie sich einfach auslesen lässt. Anhand dieser Information kann eine Zuordnung der zur Erstellung der anwendungsspezifischen Firmware 3b verwendeten Gerätebeschreibungsdatei 5 durchgeführt werden. Anschließend kann über das Bediengerät 4 eine Überprüfung, der zur Erstellung der anwendungsspezifischen Firmware 3b verwendeten Gerätebeschreibungsdatei, mit der auf dem Server befindlichen Gerätebeschreibungsdateien 5 durchgeführt werden und in dem Fall, dass auf dem Server eine neue bzw. aktuellere Gerätebeschreibungsdatei vorliegt, eine neue anwendungsspezifische Firmware basierend auf der neuen bzw. aktuellen Gerätebeschreibungsdatei erstellt werden. Diese wird dann wiederum in den nicht-flüchtigen Speicher des Feldgerätes 2 überschrieben.
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Bezüglich der Erstellung der anwendungsspezifischen Firmware 3b wobei die anwendungsspezifische Firmware 3b über einen Linker, der Objektdateien, die über einen Compiler erzeugt wurden, zusammenstellt, generiert wird. Als Linker ein Computerprogramm verstanden, das einzelne Programmmodul zu einem ausführbaren Programm zusammenführt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nicht-flüchtiger Speicher
- 2
- Feldgerät
- 3
- Firmware
- 4
- Bediengerät
- 5
- Gerätebeschreibungsdatei
- 6
- Gesamtheit der Funktionalitäten
- 7
- Teilmenge der Funktionalitäten
- 8
- Sensor- und/oder Aktoreinheit
- 9
- I/O-Einheit
- 10
- Ein/Ausgabeeinheit
- 11
- Server
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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