Ein System zur Definition und Ausführung von Protokollen für Multi-Agentsysteme

Mit der hier entwickelten Protokollsprache können Multiagenten-Protokolle klar und eindeutig spezifiziert werden. Durch die automatische Code-Generierung aus einer Protokoll-Spezifikation entfällt der fehleranfällige Arbeitsschritt der Implementierung des festgelegten Protokoll-Ablaufs. Das Protokoll-Ausführungs-Systems übernimmt die Steuerung des Ablaufs, erkennt Fehler (z.B. falsche Nachrichten) und überwacht Timeout-Fristen. Ein Programmierer muss nach der Festlegung eines Protokolls lediglich den Code für die anwendungsabhängigen Abläufe (Anwendungs-Prozeduren) und die Agentenumgebung (Zugriff auf andere Agenten, Zustellen der Nachrichten) zu Verfügung stellen. Durch die Trennung von Protokoll und Anwendung können so einmal entworfene Protokolle für unterschiedliche Anwendungen verwendet werden, ohne den eigentlichen Protokoll-code zu verändern. Durch dieses System ergibt sich für das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz die Möglichkeit, neue Protokolle schneller zu entwickeln und einzusetzen

Programmanalyse des XRTL Zwischencodes

In dieser Arbeit stellen wir das Analysetool xGCC vor. Dieses Tool analysiert den XRTL Zwischencode, um Sicherheitseigenschaften, z.B. Speicherüberlauf, die Division durch Null und die Verwendung von uninitialisierten Variablen oder Speicherstücken, zu verifizieren. XRTL ist eine von uns entwickelte Erweiterung der Register Transfer Language (RTL). Dieser sprachunabh ängige Zwischencode wird von Frontends der GNU Compiler Collection (GCC) für verschiedene Programmiersprachen, wie z.B. C, C++, Java und Fortran 77, erzeugt. xGCC unterstützt diese Programmiersprachen, da sich unsere Compilermodifikationen auf den sprachunabhängigen Teil des Compilers beschränken. Für die Analyse von XRTL setzen wir die abstrakte Interpretation ein. Wir verwenden Listen von gültigen Intervallen, um Mengen von benötigten Registern und Speicherstücken darzustellen. Gültige Intervalle sind Intervalle für die zusätzlichen Bedingungen gelten, um die Implementierung der XRTL Operationen zu erleichtern. Die Präzision der Approximation ist durch die Listenlänge einstellbar. Wir zeigen, wie einfache und parallele XRTL Anweisungen abgearbeitet werden.Wir leiten Constraints aus der Bedingung von Verzweigungen ab, um den Suchraum einzuschränken. Wir verwenden das Widening/Narrowing, um die Fixpunktberechnung für XRTL Scheifen zu beschleunigen. Wir stellen die Implementierung von xGCC vor und erläutern die getroffenen Designentscheidungen. Mit Hilfe ausgewählter Beispiele demonstrieren wir verschiedene Klassen von Fehlern, die das Analysetool xGCC entdeckt. Wir untersuchen das Laufzeitverhalten der Analyse mit Beispielen aus den Numerical Recipes in C und stellen verschiedene Optimierungen vor.We present the xGCC analysis tool for the verification of safety properties of the XRTL intermediate code. These properties include the absence of buffer overow, division by zero and the use of uninitialized variables and memory. XRTL is our extension of the Register Transfer Language (RTL). This language independent intermediate code is generated by frontends of the GNU Compiler Collection (GCC) for the programming languages C, C++, Java and Fortran 77. These programming languages are supported by xGCC since we have modified only the language independent part of the compiler. We apply abstract interpretation for the analysis of XRTL. Lists of valid intervals are used for the abstraction of sets of registers and memory blocks. Valid intervals are intervals with additional contraints that simplify the implementation of the XRTL operations. The precision of the abstraction is parameterized by the list length. We describe the interpretation of sequential and parallel XRTL instructions.We take branching conditions into account for restricting the search space, and apply the Widening/Narrowing techniques to speed up the fixpoint computation for XRTL loops. We present the implementation of xGCC and explain the tool design.We demonstrate xGCC analysis tool on a collection of examples.We analyse the tool performance on examples from the Numerical Recipes in C, and introduce several optimizations

Das FPGA-Entwicklungssystem CHDL

In dieser Arbeit wurde das Konzept der C++-basierten Hardwarebeschreibung für Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) weiterentwickelt und optimiert. Ergebnis ist ein homogenes System, das eine deutlich verbesserte Unterstützung für FPGA-Koprozessoren bietet als bisher verfügbare Werkzeuge: Das FPGA-Entwicklungssystem CHDL. CHDL integriert mehrere parallel einsetzbare Beschreibungsebenen von der detaillierten strukturellen Spezifikation über Zustandsmaschinen bis hin zur Hochsprachenbeschreibung. Die Simulation kann durch Nachbilden der Hardwareumgebung mittels C++-Funktionen das gesamte zu untersuchende System umfassen. Auch die Softwarekomponente des FPGA-Koprozessors ist in die Simulation einbezogen. Zusätzlich wird die Anwendung moderner Debugging-Verfahren wie Readback und partielle Rekonfiguration unterstützt. Die Ausgabe der Netzlisten erfolgt direkt im XNF- oder EDIF-Format. Beim Einsatz von CHDL muß der Entwickler nur eine einzige Sprache beherrschen, um Anwendungen für FPGA-Koprozessoren zu implementieren: C++. Ein handelsüblicher C++-Kompiler sowie die Place&Route-Software des FPGA-Herstellers reichen aus, um mit CHDL FPGA-Anwendungen zu entwickeln. Es werden keine weiteren Werkzeuge benötigt, insbesondere keine VHDL-Kompiler

Entwicklung und Implementierung eines hybriden Debuggers für Java

Das Debugging ist ein komplexer und arbeitsintensiver Prozess in der Softwareentwicklung. Für das Debugging von Java-Programmen werden bis heute vor allem sogenannte Trace-Debugger verwendet. Diese unterstützen die Fehlersuche, indem sie es ermöglichen, ein untersuchtes Programm schrittweise auszuführen. Im Bereich der Forschung sind viele neue Methoden und Werkzeuge entwickelt worden, die im Vergleich zum Trace-Debugging eine erhebliche Verbesserung und Vereinfachung des Debugging-Prozesses versprechen. Auf die in der Praxis eingesetzten Verfahren hatten diese Entwicklungen bisher nur einen äußert geringen Einfluss. In der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung und Implementierung einer neuen hybriden Debugging-Methode für Java-Programme beschrieben. Die Methode kombiniert deklaratives Debugging und Omniscient-Debugging. <br/

Optimal Global Instruction Scheduling for the Itanium® Processor Architecture

On the Itanium 2 processor, effective global instruction scheduling is crucial to high performance. At the same time, it poses a challenge to the compiler: This code generation subtask involves strongly interdependent decisions and complex trade-offs that are difficult to cope with for heuristics. We tackle this NP-complete problem with integer linear programming (ILP), a search-based method that yields provably optimal results. This promises faster code as well as insights into the potential of the architecture. Our ILP model comprises global code motion with compensation copies, predication, and Itanium-specific features like control/data speculation. In integer linear programming, well-structured models are the key to acceptable solution times. The feasible solutions of an ILP are represented by integer points inside a polytope. If all vertices of this polytope are integral, then the ILP can be solved in polynomial time. We define two subproblems of global scheduling in which some constraint classes are omitted and show that the corresponding two subpolytopes of our ILP model are integral and polynomial sized. This substantiates that the found model is of high efficiency, which is also confirmed by the reasonable solution times. The ILP formulation is extended by further transformations like cyclic code motion, which moves instructions upwards out of a loop, circularly in the opposite direction of the loop backedges. Since the architecture requires instructions to be encoded in fixed-sized bundles of three, a bundler is developed that computes bundle sequences of minimal size by means of precomputed results and dynamic programming. Experiments have been conducted with a postpass tool that implements the ILP scheduler. It parses assembly procedures generated by Intel&#65533;s Itanium compiler and reschedules them as a whole. Using this tool, we optimize a selection of hot functions from the SPECint 2000 benchmark. The results show a significant speedup over the original code.Globale Instruktionsanordnung hat beim Itanium-2-Prozessor großen Einfluß auf die Leistung und stellt dabei gleichzeitig eine Herausforderung für den Compiler dar: Sie ist mit zahlreichen komplexen, wechselseitig voneinander abhängigen Entscheidungen verbunden, die für Heuristiken nur schwer zu beherrschen sind.Wir lösen diesesNP-vollständige Problem mit ganzzahliger linearer Programmierung (ILP), einer suchbasierten Methode mit beweisbar optimalen Ergebnissen. Das ermöglicht neben schnellerem Code auch Einblicke in das Potential der Itanium- Prozessorarchitektur. Unser ILP-Modell umfaßt globale Codeverschiebungen mit Kompensationscode, Prädikation und Itanium-spezifische Techniken wie Kontroll- und Datenspekulation. Bei ganzzahliger linearer Programmierung sind wohlstrukturierte Modelle der Schlüssel zu akzeptablen Lösungszeiten. Die zulässigen Lösungen eines ILPs werden durch ganzzahlige Punkte innerhalb eines Polytops repräsentiert. Sind die Eckpunkte dieses Polytops ganzzahlig, kann das ILP in Polynomialzeit gelöst werden. Wir definieren zwei Teilprobleme globaler Instruktionsanordnung durch Auslassung bestimmter Klassen von Nebenbedingungen und beweisen, daß die korrespondierenden Teilpolytope unseres ILP-Modells ganzzahlig und von polynomieller Größe sind. Dies untermauert die hohe Effizienz des gefundenen Modells, die auch durch moderate Lösungszeiten bestätigt wird. Das ILP-Modell wird um weitere Transformationen wie zyklische Codeverschiebung erweitert; letztere bezeichnet das Verschieben von Befehlen aufwärts aus einer Schleife heraus, in Gegenrichtung ihrer Rückwärtskanten. Da die Architektur eine Kodierung der Befehle in Dreierbündeln fester Größe vorschreibt, wird ein Bundler entwickelt, der Bündelsequenzen minimaler Länge mit Hilfe vorberechneter Teilergebnisse und dynamischer Programmierung erzeugt. Für die Experimente wurde ein Postpassoptimierer erstellt. Er liest von Intels Itanium-Compiler erzeugte Assemblerroutinen ein und ordnet die enthaltenen Instruktionen mit Hilfe der ILP-Methode neu an. Angewandt auf eine Auswahl von Funktionen aus dem Benchmark SPECint 2000 erreicht der Optimierer eine signifikante Beschleunigung gegenüber dem Originalcode

Optimal Global Instruction Scheduling for the Itanium® Processor Architecture

On the Itanium 2 processor, effective global instruction scheduling is crucial to high performance. At the same time, it poses a challenge to the compiler: This code generation subtask involves strongly interdependent decisions and complex trade-offs that are difficult to cope with for heuristics. We tackle this NP-complete problem with integer linear programming (ILP), a search-based method that yields provably optimal results. This promises faster code as well as insights into the potential of the architecture. Our ILP model comprises global code motion with compensation copies, predication, and Itanium-specific features like control/data speculation. In integer linear programming, well-structured models are the key to acceptable solution times. The feasible solutions of an ILP are represented by integer points inside a polytope. If all vertices of this polytope are integral, then the ILP can be solved in polynomial time. We define two subproblems of global scheduling in which some constraint classes are omitted and show that the corresponding two subpolytopes of our ILP model are integral and polynomial sized. This substantiates that the found model is of high efficiency, which is also confirmed by the reasonable solution times. The ILP formulation is extended by further transformations like cyclic code motion, which moves instructions upwards out of a loop, circularly in the opposite direction of the loop backedges. Since the architecture requires instructions to be encoded in fixed-sized bundles of three, a bundler is developed that computes bundle sequences of minimal size by means of precomputed results and dynamic programming. Experiments have been conducted with a postpass tool that implements the ILP scheduler. It parses assembly procedures generated by Intel&#65533;s Itanium compiler and reschedules them as a whole. Using this tool, we optimize a selection of hot functions from the SPECint 2000 benchmark. The results show a significant speedup over the original code.Globale Instruktionsanordnung hat beim Itanium-2-Prozessor großen Einfluß auf die Leistung und stellt dabei gleichzeitig eine Herausforderung für den Compiler dar: Sie ist mit zahlreichen komplexen, wechselseitig voneinander abhängigen Entscheidungen verbunden, die für Heuristiken nur schwer zu beherrschen sind.Wir lösen diesesNP-vollständige Problem mit ganzzahliger linearer Programmierung (ILP), einer suchbasierten Methode mit beweisbar optimalen Ergebnissen. Das ermöglicht neben schnellerem Code auch Einblicke in das Potential der Itanium- Prozessorarchitektur. Unser ILP-Modell umfaßt globale Codeverschiebungen mit Kompensationscode, Prädikation und Itanium-spezifische Techniken wie Kontroll- und Datenspekulation. Bei ganzzahliger linearer Programmierung sind wohlstrukturierte Modelle der Schlüssel zu akzeptablen Lösungszeiten. Die zulässigen Lösungen eines ILPs werden durch ganzzahlige Punkte innerhalb eines Polytops repräsentiert. Sind die Eckpunkte dieses Polytops ganzzahlig, kann das ILP in Polynomialzeit gelöst werden. Wir definieren zwei Teilprobleme globaler Instruktionsanordnung durch Auslassung bestimmter Klassen von Nebenbedingungen und beweisen, daß die korrespondierenden Teilpolytope unseres ILP-Modells ganzzahlig und von polynomieller Größe sind. Dies untermauert die hohe Effizienz des gefundenen Modells, die auch durch moderate Lösungszeiten bestätigt wird. Das ILP-Modell wird um weitere Transformationen wie zyklische Codeverschiebung erweitert; letztere bezeichnet das Verschieben von Befehlen aufwärts aus einer Schleife heraus, in Gegenrichtung ihrer Rückwärtskanten. Da die Architektur eine Kodierung der Befehle in Dreierbündeln fester Größe vorschreibt, wird ein Bundler entwickelt, der Bündelsequenzen minimaler Länge mit Hilfe vorberechneter Teilergebnisse und dynamischer Programmierung erzeugt. Für die Experimente wurde ein Postpassoptimierer erstellt. Er liest von Intels Itanium-Compiler erzeugte Assemblerroutinen ein und ordnet die enthaltenen Instruktionen mit Hilfe der ILP-Methode neu an. Angewandt auf eine Auswahl von Funktionen aus dem Benchmark SPECint 2000 erreicht der Optimierer eine signifikante Beschleunigung gegenüber dem Originalcode

Kennzahlenbasierte Steuerung, Koordination und Aktionsplanung in Multiagentensystemen

To be of practical use, the implementation of flexible and modular agent-based cyber-physical systems (CPS) for real-world autonomous control applications in Industry 4.0 oftentimes requires the domain-specific software agents to adhere to the organization's overall qualitative and quantitative business goals, usually expressed in terms of numeric key performance indicators (KPI). In this thesis, a general software framework for multi-agent systems (MAS) and CPS is developed that facilitates the integration and configuration of KPI-related objectives into the agents' individual decision processes. It allows the user of an agent system to define new KPIs and associated multi-criteria goals and supports inter-agent coordination as well as detailed KPI-based action planning, all at runtime of the MAS. The domain-independent components of the proposed KPI framework are implemented as a Java programming library and evaluated in a simulated production planning and control scenario