Eingebettete Systeme, die das Leben sicherer, produktiver und komfortabler machen, werden von Konsumenten in immer strkerem Mae wertgeschtzt. Viele dieser eng mit der Auenwelt interagierenden Systeme zum Beispiel im Automobil bestehen schon heute aus zahlreichen Einzelkomponenten, die gemeinsam die komplexen, oft verteilten Funktionen bereitstellen. Um den wachsenden Rechenanforderungen gerecht zu werden und mglichst auch die Anzahl der Recheneinheiten zu reduzieren, sind die einzelnen Komponenten inzwischen selbst komplexe Systeme, bestehend aus mehreren Prozessoren und gemeinsam genutzten Ressourcen. Dieser hierarchische Aufbau fhrt zu einer nur schwer zu beherrschenden Systemkomplexitt. Um dennoch die Produktivitt im Entwicklungsprozess und die Sicherheit der ausgelieferten Systeme zu gewhrleisten, werden Methoden bentigt, die ber die klassischen Verfahren wie Entwicklung, Simulation und anschlieender Fehlersuche hinausgehen. Formale Analysemethoden sind eine ideale Ergnzung um die aufkommenden Integrationsrisiken frhzeitig zu erkennen und zu entschrfen, und um insbesondere in sicherheitskritischen Systemen eine Unterdimensionierung von Systemkomponenten zu vermeiden, die zu einer Verletzung von zeitlichen Anforderungen fhren wrde. In dieser Arbeit begegnen wir den Herausforderungen bestehender und zuknftiger Systemarchitekturen mit einer formalen Methode zur Performanzanalyse. Dabei liegt der Fokus zunchst auf der Analyse der verteilten Funktionen, indem auch etablierte Performanz-Indikatoren erneut untersucht werden. Es werden neue Methoden eingefhrt, um das zeitlich verzerrte Verhalten von Ereignissen entlang einer Task-Kette zu untersuchen und um die Antwortzeiten der Tasks und die Gesamt- Latenz entlang einer Kette zu bestimmen. Diese Methoden basieren auf einem neuen Modell des Zeitverhaltens eines einzelnen Tasks, das sehr effizient die ntigen zeitlichen Eigenschaften abstrahiert und diese fr die System-Analyse zur Verfgung stellt. Zusammen mit einer verallgemeinerten Betrachtung von Event-Modellen, die auch spezielle Charakteristika wie periodische Bursts erfasst, fhren diese Methoden zu sehr przisen Ergebnissen ohne Effizienz einzuben. Die wachsenden Berechnungs- und Sicherheitsanforderungen fhren auch in Steuerdominierten Systemen vermehrt zum Einsatz von Multicore-Controllern. Die Integration und Verifikation von Tasks auf einer solchen Plattform stellt wiederum ein Problem dar, das den System-Integrationsprozess um eine Komplexittsstufe anreichert: Das Zeitverhalten der Task ist voneinander abhngig, auch wenn sie unterschiedlichen Prozessorkernen zugewiesen werden. Ressourcen wie Speicher, Coprozesvisoren, oder Bus-Schnittstellen stehen pro Chip zur Verfgung und werden von allen Tasks gemeinsam genutzt. Dies fhrt zu Laufzeit-Konflikten, die fair und mglichst effizient aufgelst werden mssen. Um eine hinreichende Auslastung zu erzielen, werden Zuweisungsentscheidungen dynamisch zu Laufzeit getroffen. Dies jedoch macht eine Vorhersage des mglichen Zeitverhaltens uerst schwierig. Um solche Systeme trotzdem in sicherheitskritischen Umgebungen einsetzen zu knnen, sind neue Methoden ntig. Der Lsungsvorschlag dieser Arbeit ist, die Problemkomplexitt durch Aufbrechen in mehrere dedizierte Analyseschritte beherrschbar zu machen: Zunchst wird die Last bestimmt, die ein Task oder ein Prozessor zur Laufzeit auf eine gemeinsam genutzte Ressource verursachen kann. Basierend darauf kann dann die Latenz der Operationen unter Bercksichtigung des Arbitrierungsverfahrens bestimmt werden. Schlielich flieen diese Latenzen in eine erweiterte Antwortzeitanalyse ein. Diese Aufteilung ermglicht die Analyse solcher Multiprozessorsysteme und hat noch einen weiteren Vorteil: Unterschiedliche Scheduling- und Arbiterierungsverfahren knnen kombiniert werden, so dass diese und die zugehrigen Analysemodule einzeln optimiert und verfeinert werden knnen. Um die Analyse der verschiedenen Komponenten auch bei Vorhandensein zyklischer Abhngigkeiten zu ermglichen, wird in dieser Dissertation ein kompositionaler Ansatz gewhlt. Vorhergehende Arbeiten, die sich weitestgehend auf die zeitlichen Eigenschaften Task-aktivierender Ereignisse konzentrierten, werden aufgegriffen und es wird dargelegt, wie eine Menge heterogener Modelparameter und zugehriger Analysefunktionen miteinander kombiniert werden kann. Zusammengenommen ergibt sich durch die verbesserte Analyse bestehender Metriken und die Bereitstellung neuer Module fr Multicore ein flexibles Analyseframework fr heutige und zuknftige Multiprozessorsysteme.

Titel
Performance Analysis of Multiprocessor Real-Time Systems with Shared Resources
EAN
9783736937222
ISBN
978-3-7369-3722-2
Format
E-Book (pdf)
Herausgeber
Veröffentlichung
28.04.2011
Digitaler Kopierschutz
frei
Dateigrösse
2.05 MB
Anzahl Seiten
216
Jahr
2011
Untertitel
Englisch