Aspektorientierte Echtzeitsystemarchitekturen (Phase 2)

Aspektorientierte Echtzeitsystemarchitekturen (Phase 2)

(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

Titel des Gesamtprojektes:
Projektleitung: Wolfgang Schröder-Preikschat, Peter Ulbrich
Projektbeteiligte: Florian Peter Franzmann, Tobias Klaus, Simon Schuster, Christian Eichler
Projektstart: 1. August 2017
Projektende: 30. September 2020
Akronym: AORTA
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
URL: https://www4.cs.fau.de/Research/AORTA/

Abstract

Das Ziel von AORTA ist die Verbesserung der Vorhersagbarkeit von dynamischen, gemischt-kritischen Echtzeitsystemen durch die Extraktion kritischer Pfade, deren Transformation in statische äquivalente sowie einer zeitgesteuerten Ausführung. Da diese im Vergleich mit ereignisgesteuerten Abläufen jedoch zum Brachliegen von Ressourcen neigt, soll das grundsätzlich optimistische Ausführungsmodell gemischt-kritischer Echtzeitsysteme beibehalten werden und nur im Notfall eine Umschaltung in den statischen Ablauf erfolgen. Damit einher geht die Generalisierung der Ergebnisse der ersten Förderphase auf dynamische Echtzeitsystemarchitekturen und hier insbesondere auf gemischt-kritische Systeme mit komplexen Abhängigkeitsmustern. Untersuchungsgegenstand des Vorhabens sind dabei Echtzeit-Linux-Varianten sowie die Domäne der Steuerungs- und Regelungsanwendungen.Den Schwerpunkt der Projektfortsetzung bilden die Abhängigkeiten zwischen kritischen und nicht-kritischen Ausführungspfaden. Diese potentiellen Problemstellen liegen auf allen Ebenen des Systems: in der Anwendung beispielsweise durch eine Verquickung von nicht-kritischen Komfort- und kritischen Steuerungsfunktionen und einer damit einhergehenden Kopplung. Ebenso im Betriebssystem, zum Beispiel durch Puffer für gemeinsam genutzte Kommunikationsstapel. Diese oft wünschenswerten Kopplungen führen in dynamischen Systemen zu einer Vielzahl von möglichen Ausführungspfaden und damit zu einer dramatischen überapproximation der entsprechenden maximalen Ausführungszeit beziehungsweise Antwortzeit. Die garantierte Einhaltung von Zeitschranken geht daher typischerweise mit einem Verlust der auszeichnenden Effizienz dynamischer Echtzeitsysteme einher. Die Realisierung des Projektziels und damit die Wiederherstellung eines verifizierbaren Zeitverhaltens mit harten Garantien für den kritischen Anwendungskern zur Laufzeit fokussiert auf drei Arbeitsschwerpunkte: Analyse, Maßschneiderung und Mechanismen.Das Vorhaben geht von existierendem Wissen zum Entwurf von gemischt-kritischen Systemen mit harten Zeitgarantien aus. Es trifft die Grundannahme, dass kritische Ausführungspfade eine inhärent deterministische Struktur aufweisen und sich insbesondere deren dynamische Kopplungen mit unkritischen Pfaden auf statische äquivalente abbilden lassen. Hinterfragt wird im Speziellen die Fähigkeit zur Einhaltung harter Zeitgarantien für sicherheitskritische Regelungs- und Steuerungsanwendungen mit einfachen Kommunikationsmustern auf Echtzeit Linux-Varianten sowie die Anwendbarkeit von Konzepten und Techniken zur statischen Analyse, Maßschneiderung und Ablaufplanung aus der ersten Projektphase zu diesem Zweck. Ebenfalls hinterfragt wird im Allgemeinen die Kopplung von Echtzeitsystemarchitektur, Ablaufplanung und Abhängigkeiten in gemischt-kritischen Echtzeitsystemen und darauf aufbauend die generelle Eignung der Entwurfskonzepte von Echtzeit-Linux für einen Wechsel der Echtzeitparadigmen zur Laufzeit.

Publikationen

• Wägemann P., Distler T., Eichler C., Schröder-Preikschat W.:
  Benchmark Generation for Timing Analysis
  23rd Real-Time and Embedded Technology and Applications Symposium (RTAS '17) (Pittsburgh, USA, 18. April 2017 - 20. April 2017)
  In: Proceedings of the 23rd Real-Time and Embedded Technology and Applications Symposium (RTAS '17) 2017
  DOI: 10.1109/RTAS.2017.6
  URL: https://www4.cs.fau.de/Publications/2017/waegemann_17_rtas.pdf
• Vaas S., Ulbrich P., Reichenbach M., Fey D.:
  The Best of Both: High-performance and Deterministic Real-Time Executive by Application-Specific Multi-Core SoCs
  Conference on Design and Architectures for Signal and Image Processing (DASIP '17) (Dresden, 27. September 2017 - 29. September 2017)
  In: Proceedings of the Conference on Design and Architectures for Signal and Image Processing (DASIP '17), Los Alamitos, CA: 2017
  DOI: 10.1109/DASIP.2017.8122107
• Eichler C., Wägemann P., Distler T., Schröder-Preikschat W.:
  Demo Abstract: Tooling Support for Benchmarking Timing Analysis
  23rd Real-Time and Embedded Technology and Applications Symposium, Demo Session (RTAS Demo '17) (Pittsburgh, USA, 18. April 2017 - 20. April 2017)
  In: Proceedings of the 23rd Real-Time and Embedded Technology and Applications Symposium, Demo Session (RTAS Demo '17) 2017
  DOI: 10.1109/RTAS.2017.20
  URL: https://www4.cs.fau.de/Publications/2017/eichler_17_rtas-demo.pdf
• Sieh V., Burlacu R., Hönig T., Janker H., Raffeck P., Wägemann P., Schröder-Preikschat W.:
  An End-To-End Toolchain: From Automated Cost Modeling to Static WCET and WCEC Analysis
  20th International Symposium on Real-Time Distributed Computing (ISORC 2017) (Toronto, Canada, 16. Mai 2017 - 18. Mai 2017)
  In: Proceedings of the 20th International Symposium on Real-Time Distributed Computing (ISORC 2017) 2017
  DOI: 10.1109/ISORC.2017.10
  URL: https://www4.cs.fau.de/Publications/2017/sieh_17_isorc.pdf
• Stilkerich I., Lang C., Erhardt C., Bay C., Stilkerich M.:
  The Perfect Getaway: Using Escape Analysis in Embedded Real-Time Systems
  In: ACM Transactions on Embedded Computing Systems 16 (2017), S. 99
  ISSN: 1539-9087
  URL: https://www4.cs.fau.de/~isa/a99-stilkerich.pdf