Echtzeitsysteme

Energiebeschränkte Echtzeitsysteme, wie beispielsweise implantierbare Medizingeräte, sind heutzutage allgegenwärtig. Diese Systeme erfordern von ihrer Software die Erfüllung der beiden Eigenschaften von sicherer und zugleich energieeffizienter Ausführung von Aufgaben der Software. In Hinblick auf funktionale Sicherheit müssen diese Systeme ihre Aufgaben innerhalb von Laufzeit- und Energieschranken ausführen, da das Überschreiten von Terminen und Energiebudgets zu lebensgefährlichen Konsequenzen führen k…

→ Mehr Informationen

Das Vorhaben entwickelt ein neuartiges Paradigma, um Prozessmigration in Mehrkern-Echtzeitsystemen zeitlich vorhersagbar zu gestalten. Kern des Ansatzes ist das Konzept der migrationsgewahren Laufzeitumgebung (migration-aware real-time executive), in welcher Migrationsentscheidungen anstatt auf globalen Lastparametern systematisch auf Grundlage von Hinweisen der unter (strikten) Echtzeitbedingungen ablaufenden Maschinenprogramme der Anwendungsebene getroffen werden. Diese sogenannten Migrationshinweise…

→ Mehr Informationen

Im Kontext der Gesamtvision der Forschergruppe BATS ist es das Ziel des Teilprojekts ARTE (adaptive run-time environment, TP 2) eine flexible Systemsoftwareunterstützung zu entwickeln. Diese soll es ermöglichen, für die Verhaltensbeobachtungen von Fledermäusen (TP 1) verteilte Datenstromanfragen (TP 3) auf einem heterogenen Sensornetzwerk (TP 4), bestehend aus stationären (TP 5) und mobilen (TP 7) Sensornetzwerkknoten, zu etablieren. Eine besondere Herausforderung stellen hierbei die knappen Ressourcen dar, im speziellen Speicher und Energie, sowie die wechselhafte Konnektivität der nur 2 g schweren mobilen Knoten. In Anbetracht dieser vielfältigen und teilweise konfligierenden Anforderungen soll ARTE in Form einer hochkonfigurierbaren Softwareproduktlinie realisiert werden. Ziel ist es, sowohl die unterschiedlichen funktionalen Anforderungen zwischen mobilen und stationären Knoten zu unterstützen, als auch wichtige nichtfunktionale Eigenschaften, wie niedriger Speicherverbrauch und Energieeffizienz. Entsprechend soll schon bei der Entwicklung von ARTE der Konfigurationsraum werkzeuggestützt und gezielt auf nichtfunktionale Eigenschaften untersucht werden, um gemäß der Anforderungen an das Projekt später im Einsatz eine optimierte Auswahl von Implementierungsartefakten zu bieten. Dabei ist explizit die dynamische Anpassbarkeit von Anwendungs- wie auch von Systemfunktionen zu berücksichtigen. Auf funktionaler Ebene wird ARTE Systemdienste in Gestalt einer Middleware bereitstellen, die Anpassung und Erweiterung zur Laufzeit unterstützt und auf Datenstromverarbeitung zugeschnitten ist, um eine ressourceneffiziente und flexible Ausführung von Datenstromanfragen zu ermöglichen.

→ Mehr Informationen

Der I4Copter hat seinen Ursprung im CoSa Projekt, wo er als Demonstrator für echt sicherheitskritische Systemsoftware eingesetzt wird. Stärker als zu Anfang angenommen erwies sich das Projekt während der Entwicklung des Prototypen als Herausforderung, sowohl im Sinne der Systemkomplexität als auch in den Anwendungsmöglichkeiten. So stellt die für die Regelung, Navigation und Kommunikation notwendige Software eine umfassende und anspruchsvolle Anwendung für die…

→ Mehr Informationen

Das Projekt ARES befasst sich mit der Entwicklung von adaptiven Eingebetteten Echtzeitrechensystemen welche Echtzeitsignalverarbeitung und Berücksichtigung der zur Verfügung stehenden Energie garantieren:

Eingebettete System stützen sich häufig auf eine komplexe Sensorik für die Erfassung der Umwelt. Ein integraler Bestand dieser Systeme ist eine nicht minder komplexe Signalverarbeitung und Regelung. Da ihre Funktion maßgeblich von der rechtzeitigen Bereitstellung der Ergebnisse abhän…

→ Mehr Informationen

Das Projekt Real-Time Systems Compiler (RTSC) entwicklet einen Betriebssystem-gewahren übersetzer, welcher eine implementierungsagnostische Manipulation der Echtzeitsystemarchitektur von gegebenen Echtzeitanwendungen ermöglicht. Eine derartige Transformation der Architektur ermöglicht beispielsweise die überführung eines ereignisgesteuerten in ein zeitgesteuertes Echtzeitsystem. Letztere lassen sich beispielsweise wesentlich einfacher hinsichtlicher ihrer Sicherheit und Zuverlässigkeit verifizieren sind jedoch auch typischerweise mit signifikant höheren Entwicklungskosten verbunden. Die praktischen Vorteile einer automatsierten überführung mittels des RTSCs liegen entsprechend auf der Hand.

→ Mehr Informationen

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 Abla…

→ Mehr Informationen

Ein maßgebliches Entwurfsziel von
sicherheitskritischen Regelungssystemen ist die nachweisbare Einhaltung
eines spezifischen Qualitätsziels im Sinne der Regelgüte. Dies bedingt
die Bereitstellung einer entsprechenden Dienstgüte durch das darunter
liegende Echtzeitbetriebssystem in Form von Ressourcen. Der Zusammenhang
zwischen der auf zeitlichen Parametern basierenden Dienstgüte und der
resultierenden Regelgüte ist dabei jedoch nicht immer einfach: Der
nötige Ausführungsaufwand variiert deutlich mit der Situation und
Störanregung und umgekehrt haben die konkreten Ausführungsbedingungen
einen qualitativen Einfluss auf die Regelgüte. Um trotz all dieser
Zusammenhänge die Einhaltung der Regelgüte zu gewährleisten, werden
typischerweise pessimistische Überabschätzungen, insbesondere der
maximalen Ausführungskosten, getroffen. Daraus ergibt sich letztlich ein
hinsichtlich der bereitgestellten Ressourcen stark überdimensioniertes
System, wobei der Grad der Überdimensionierung mit der Komplexität und
Dynamik des betrachteten Systems überproportional steigt. Hierdurch ist
zu erwarten, dass die bisherigen pessimistischen Entwurfsmuster und
Analysetechniken in Zukunft an ihre Grenzen stoßen. Ein Beispiel hierfür
sind komplexe, adaptive und gemischt- kritische Fahrassistenz- und
Autopilotfunktionen in Fahrzeugen, bei denen eine allgemeingültige
Garantie für alle Fahrsituationen und Umweltbedingungen weder zweckmäßig
noch realistisch ist. Die skizzierte Problematik ist letztlich nur
durch eine interdisziplinäre Betrachtung regelungstechnischer und
echtzeitsystemorientierter Aspekte zu lösen. Das Forschungsvorhaben geht
von existierendem Wissen zum Entwurf von Echtzeitregelungssystemen mit
weichen, festen und harten Zeitgarantien aus. Es wird die Grundannahme
getroffen, dass der Rechenzeitbedarf der Anwendung signifikant zwischen
typischer und maximaler Störanregung variiert und entsprechend zu
situationsabhängigen Reserven führt. Hinterfragt wird der rein auf
zeitlichen Eigenschaften basierende Entwurf des Gesamtsystems ohne
Berücksichtigung der Dynamik der Regelgüte und die damit einhergehende
pessimistische Auslegung. Das Ziel des Vorhabens ist die Vermeidung von
Pessimismus beim Entwurf von harten Echtzeitsystemen für
Regelungsanwendungen mit strikten Qualitätsgarantien und somit die
Auflösung des Zielkonfliktes zwischen der Garantie der Regelgüte und
einer hohen mittleren Leistungsfähigkeit des Systems. Der verfolgte
Lösungsansatz stützt sich auf einen gemeinsamen Entwurf von
Regelungsanwendung und Ausführungsumgebung und umfasst die folgenden
drei Kernpunkte: die modellgestützte Bewertung der Regelgüte, eine
vorausschauende Ablaufplanung von Regelungsaktivitäten und ein hybrides
Ausführungsmodell zur Einhaltung der Garantien.

→ Mehr Informationen

Das Projekt entwickelt Transportkanäle für Cyber-physische Netzwerke. Solche Transportkanäle müssen Latenz- und Resilienz-gewahr sein; d. h. die Latenz, welche die Anwendung sieht, muss vorhersagbar und in gewissen Grenzen, u. a. durch eine Balance von Latenz und Resilienz, garantiert sein. Dies ist nur möglich durch einen neuartigen Transport-Protokollstapel und dessen adäquaten Unterbau (Betriebssystem sowie die Betriebssystem-nahen Ebenen des Protokollstapels). Dazu führt das vorliegende Vorhab…

→ Mehr Informationen

→ Mehr Informationen