Platzierung von Softwarekomponenten auf Mehrkernprozessoren

Automatisierte Konstruktion und Analyse für funktionssichere Systeme

verfasst von: Robert Hilbrich

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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Über dieses Buch

In dieser Arbeit wird ein modellbasiertes Verfahren zur automatisierten Platzierung von Softwarekomponenten unter Berücksichtigung der Echtzeit- und Zuverlässigkeitsanforderungen in der Luft- und Raumfahrt vorgestellt. Es orientiert sich am Leitmotiv „Correctness by Construction“ und bildet die komplexe Problematik auf ein Constraint Satisfaction Problem ab. Das Verfahren wird als Softwarewerkzeug realisiert und dessen Einsatz anhand von zwei Fallbeispielen aus der Luft- und Raumfahrt demonstriert. Der Autor zeigt, dass diese aufwändige und fehlerträchtige Aufgabe automatisierbar ist, sodass korrekte Platzierungen für Systeme realer Größe innerhalb weniger Minuten auf regulären Desktop-Computern konstruiert werden können.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einführung

Zusammenfassung

Eingebettete Systeme sind spezielle Computersysteme, die aus einem Hardware- und einem Softwareanteil bestehen und in technische Umgebungen eingebettet sind. Ihre Hauptaufgabe liegt in der Überwachung und Steuerung von physikalischen Prozessen [LS11]. Mit der zunehmenden Leistungsfähigkeit der Hardwareplattformen übernehmen diese Systeme immer mehr Aufgaben, die bisher eine manuelle Steuerung und Überwachung erforderten. Diese Entwicklung betrifft auch zunehmend Bereiche, in denen eine hohe Funktionssicherheit [LPP10] gewährleistet werden muss, da bei einer Fehlfunktion des Systems Menschenleben oder auch das System selbst gefährdet sind.

Robert Hilbrich

2. Grundlagen

Zusammenfassung

In diesem Kapitel wird der typische Aufbau der Hardware- und Softwarearchitektur eines funktionssicheren eingebetteten Systems erläutert. Dazu werden die Besonderheiten und Entwicklungen in den Domänen Luft- und Raumfahrt sowie im Automobilbereich herausgearbeitet. Auf dieser Grundlage wird anschließend eine Konkretisierung des Begriffs „Platzierung von Softwarekomponenten“ vorgenommen. Zu diesem Zweck werden zunächst Softwarekomponenten als grundlegende Verteilungseinheiten bei der Platzierung eingeführt. Im Anschluss werden die in dieser Arbeit betrachteten Aspekte und Dimensionen einer Platzierung erläutert. Dies bildet die Basis für eine Präzisierung der Zielstellung dieser Arbeit am Ende dieses Kapitels.

Robert Hilbrich

3. Verwandte Arbeiten

Zusammenfassung

In diesem Kapitel wird eine Übersicht zum Stand der Wissenschaft und Praxis im Bereich der Platzierung von Softwarekomponenten gegeben. Dazu werden zunächst die existierenden Methodologien und Werkzeuge für die Entwicklung komplexer Systeme vorgestellt und hinsichtlich der Nutzbarkeit für die vorliegende Problemstellung bewertet.

Robert Hilbrich

4. Beitrag zur Theorieentwicklung der Platzierung von Softwarekomponenten

Zusammenfassung

In Kapitel 2 wurde der derzeitige Trend zu homogenen und logisch zentralisierten Hardwareplattformen in funktionssicheren eingebetteten Systemen vorgestellt. Diese Entwicklung führt zu einer veränderten Rolle und zum Anstieg der Bedeutung einer Platzierung von Softwarekomponenten. In diesem Kapitel wird diese Veränderung genauer untersucht und als wesentliche Motivation für die Entwicklung von automatisierten Platzierungsverfahren herausgearbeitet.

Robert Hilbrich

5. Automatisierung der räumlichen Platzierung

Zusammenfassung

Dieses Kapitel beschreibt einen Ansatz zur Automatisierung der räumlichen Platzierung. Sie erfolgt als erster Schritt im Rahmen des Vorgehensmodells aus Abschnitt 4.4. Neben der Synthese von Platzierungen werden in diesem Kapitel auch Bewertungsverfahren und Strategien zum Umgang mit komplexen Entwurfsräumen vorgestellt.

Robert Hilbrich

6. Automatisierung der zeitlichen Platzierung

Zusammenfassung

Nach der Beschreibung eines Verfahrens zur automatisierten räumlichen Platzierung befasst sich dieses Kapitel mit einem ähnlichen Ansatz zur automatisierten Platzierung von Softwarekomponenten in der zeitlichen Dimension. Im Vorgehensmodell aus Abschnitt 4.4 erfolgt sie nach der räumlichen Platzierung und der Timing Analyse.

Robert Hilbrich

7. Fallbeispiele

Zusammenfassung

Zur Demonstration der Realisierbarkeit der in Kapitel 5 und in Kapitel 6 vorgestellten Platzierungsverfahren für Softwarekomponenten wurde im Rahmen dieser Arbeit das Werkzeug „Architecture Synthesis for Safety Critical Systems – ASSIST“ [Hil14] entwickelt (siehe Anhang A). In diesem Kapitel werden die entwickelten Verfahren mit Hilfe dieses Werkzeugs anhand van zwei konkreten Fallbeispielen für funktionssichere eingebettete Systeme aus der Luft- und Raumfahrt demonstriert.

Robert Hilbrich

8. Zusammenfassung und Ausblick

Zusammenfassung

Das Ziel dieser Arbeit lag in der die Entwicklung eines Verfahren zur automatisierten Konstruktion, Bewertung und Optimierung einer Platzierung von Softwarekomponenten in funktionssicheren eingebetteten Systemen. Dieses Verfahren soll eine Steigerung der Funktionsdichte auf Mehrprozessorsystemen und Mehrkernprozessoren ohne Einschränkungen bei der Erfüllung der Anforderungen erzielen.

Robert Hilbrich

Backmatter

Titel: Platzierung von Softwarekomponenten auf Mehrkernprozessoren
verfasst von: Robert Hilbrich
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
Electronic ISBN: 978-3-658-11173-1
Print ISBN: 978-3-658-11172-4
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-11173-1