DoVinci

Die Projektgruppe 544: DoVinci entwickelt ein Campus-Infrastruktur-System mit dem sich Personen auf dem Campus Anwendungen herunterladen und diese auf ihrem (mobilen) Endgerät ausführen können. Diese Anwendungen werden in Form von Appliances (Betriebssystem + Anwendung) bereitgestellt, was dazu führt, dass Installation und Wartung von der Rolle des Benutzers entkoppelt werden. Stattdessen wird auf dem Betriebssystem des Nutzers eine virtuelle Umgebung erzeugt, in welcher das Appliance-Betriebssystem, und damit auch die Anwendung, gestartet wird. Die Vorteile von Virtualisierung sind Isolation vom Nutzersystem (Schutz) sowie eine definierte Betriebssystemumgebung (Dediziertheit) für die Anwendung in der Appliance. Dabei liegt ein Schwerpunkt bei der Verringerung des Datenvolumens sowohl für die erste heruntergeladene Appliance, als auch für weitere Appliances und Updates. Mittel hierzu sind Maßschneiderung (Weglassen nicht benötigter Dateien und Programme) und Sharing (gemeinsame Dateinutzung). Maßschneiderung optimiert Appliances bezüglich Platzbedarf und verringert so das Übertragungsvolumen des ersten Downloads. Sharing zwischen Appliances bedeutet, dass alle Appliances auf einen gemeinsamen Datenspeicher zugreifen. Beim Download einer weiteren Appliance müssen bereits vorhandene Daten nicht heruntergeladen werden. So wird das Übertragungsvolumen weiterer Appliances reduziert. Um die oben genannten Ziele zu erreichen, werden im Rahmen von DoVinci verschiedene Techniken untersucht, verglichen und gegebenenfalls implementiert. Dazu gehören Wege zur Dienstfindung im WLAN, plattformunabhängiger Up-/Download mit Synchronisation, Maßschneiderung, Sharing und verschiedene Virtualisierungslösungen

Java in eingebetteten Systemen

Moderne, objektorientierte Sprachen spielen bei der Entwicklung von Software für eingebettete Systeme bislang kaum eine Rolle. Die Gründe hierfür sind vielfältig, meist wird jedoch die mangelnde Effizienz und der größere Speicherbedarf hervorgehoben. Obwohl Java viele Eigenschaften hat, die sehr für einen Einsatz in eingebetteten Systemen sprechen, so hängt doch gerade Java vielfach immer noch das Vorurteil an, in Systemen mit beschränkter Rechenleistung und Speicher zu viele Ressourcen zu benötigen. Diese Arbeit soll dazu beitragen, diese Vorurteile abzutragen. Sie stellt insbesondere Techniken vor, die den Speicherbedarf einer JVM so gering wie möglich halten und diese effizient mit der zur Verfügung stehenden Rechenleistung umgehen lassen. Viele der dargestellten Verfahren und Algorithmen wurden in der Kertasarie VM implementiert, einer virtuellen Maschine, die speziell für den Einsatz in eingebetteten Systemen konzipiert wurde. Durch die weit verbreitete Vernetzung eingebetteter Systeme über das Internet stellt sich in vielen Fällen zudem das Problem einer modernen, abstrakten und effizienten Form der Kommunikation. Aus diesem Grund liegt der zweite Schwerpunkt dieser Arbeit auf dem Vergleich von objektorientierten Middleware-Architekturen, insbesondere von Java-RMI. Auch auf diesem Gebiet wird eine eigene, speziell an eingebettete Systeme angepasste RMI-Variante vorgestellt.Modern, object oriented languages do not play an important role when developing software for embedded systems. There are many reasons for it, most often an inadequate performance and a greater memory demand are mentioned. In spite of the fact that Java has many features suitable for embedded systems, Java often faces the prejudice to consume too much resources in systems with limited processing power and memory. This work is a contribution to diminish this prejudices. It presents techniques to limit the memory demands of a Java Virtual Machine and to effectively cope with limited computing power. Many of the presented methods and algorithms are implemented in the Kertasarie VM, a JVM designed to run in embedded systems.Due to the fact of increasing network capabilities embedded systems often face the problem of a modern, abstract and efficient communication. Therefore the second emphasis of this work is put on the comparison of object oriented middleware architectures, especially Java-RMI. An own implementation for embedded systems is also presented

Situationsbasiertes Scheduling von Echtzeit-Tasks in verteilten eingebetteten Systemen

Die Anforderungen an die verfügbare Rechenkapazität von Steuergeräten in der Automotive und Avionik-Domäne steigen kontinuierlich an. Dieser Anstieg ist auf die steigende Bedeutung von softwarebasierten Funktionen zurückzuführen, sowie auf die damit einhergehende steigende Anzahl und Komplexität der softwarebasierten Funktionen. In dieser Dissertation wird die Berücksichtigung der Situation (z. B. die geographische Position oder die Geschwindigkeit) als ein möglicher Ansatz beschrieben, um den steigenden Bedarf an Rechenkapazität der softwarebasierten Funktionen zu decken. Die benötigte Rechenkapazität einer softwarebasierten Funktion verändert sich in Abhängigkeit von der momentanen Situation. Durch die Berücksichtigung der Situation bei der Verteilung der Rechenkapazitäten entstehen freie Rechenkapazitäten, welche durch komplementäre softwarebasierte Funktion verwendet werden können. Die Zielsetzung dieser Dissertation ist es, eine situationsbasierte Verteilung der Rechenkapazität auf die softwarebasierten Funktionen des verteilen eingebetteten Systems zu erreichen.:1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Zielsetzung 1.3 Struktur der Arbeit 1.4 Zusammenfassung 2 Grundlagen 2.1 Situationsbasierte Systeme 2.2 Eingebettete verteilte Systeme 2.2.1 Architektur 2.2.2 Echtzeit-Tasks 2.2.3 Echtzeit-Scheduling 2.2.4 Echtzeit-Kommunikation 2.2.5 Steuergeräte der Zieldomänen 2.3 Prozessmigration in verteilten Systemen 2.3.1 Prozesssegmente 2.3.2 Möglichkeiten der Prozessmigration 2.4 Application checkpointing 2.5 Zusammenfassung 3 Stand der Forschung 3.1 Situationsbasiertes Scheduling für eingebettete verteilte Systeme 3.1.1 Semi-Statische Systeme 3.1.2 Dynamische Systeme 3.2 Situationsbasiertes Scheduling für Multi-Core Systeme 3.2.1 Situationen in HAMS 3.2.2 HAMS Architektur 3.2.3 Wissensdatenbank 3.3 Semi-Statische Netzwerkkonfiguration 3.4 Zusammenfassung 4 Situationsbasiertes Scheduling in verteilten eingebetteten Systemen 4.1 Analyse der Zielsetzung 4.2 Technische Ziele 4.3 SiVES-Sched Konzept 4.3.1 Erweiterter HAMS 4.3.2 Situations-Wissensdatenbank 4.3.3 TLS Master 4.3.4 Task-Migration 4.3.5 TLS Slave 4.3.6 Software Defined Network 4.3.7 TLS-KM 4.4 Zusammenfassung 5 Evaluation 5.1 Konzept der Evaluation 5.2 Evaluationsumgebung 5.2.1 Hardwareumgebung 5.2.2 Softwareumgebung 5.3 Rekonfiguration des verteilten eingebetteten Systems 5.3.1 Evaluation I: Erstellung der SWDB 5.3.2 Evaluation II: Durchführung der Rekonfiguration 5.3.3 Evaluation III: Dauer des kritischen Abschnitts 5.3.4 Evaluation IV: Vermeidung von Informationsverlust 5.4 Zusammenfassung 6 Zusammenfassung und Ausblick 6.1 Ergebnisse dieser Arbeit 6.1.1 Konzept 6.1.2 Evaluation 6.2 Ausblick 7 Appendix Literaturverzeichnis Nomenklatur Thesen Eigene Veröffentlichunge

Implementierung und Test einer Emulationsplattform für die Hardware- Softwarepartitionierung eingebetteter Systeme

Die steigenden Anforderungen an eingebettete Systeme bewirken eine stetig steigende Komplexität sowohl der Hardware- als auch der Softwarekomponenten eines solchen Systems. Zunehmend werden auch im Embedded-Bereich 32-Bit- Mikrocontroller und Echtzeitbetriebssysteme eingesetzt. Entwickler benötigen daher eine geeignete Emulationsumgebung für den Entwurf eines eingebetteten Systems. Inhalt dieser Arbeit ist die Untersuchung des Laufzeit- verhaltens von Echtzeitbetriebssystemen. Es werden Leistungsbeschränkungen dieser Systeme dargestellt sowie Möglichkeiten zur Umgehung dieser Schranken behandelt

FAMOUSO – Eine adaptierbare Publish/Subscribe Middleware für ressourcenbeschränkte Systeme

Eingebettete Systeme erbringen in unserem täglichen Leben eine Vielzahl von Aufgaben und der Anwendungsbereich umfasst ein weites Feld von der Haushaltselektronik über die Telekommunikation bis hin zu automotiven Anwendungen und Industrieautomation. Allgemein geht der Trend zu vernetzten Systemen, die zusammen eine Aufgabe erbringen. Software für solche Systeme grundsätzlich neu zu entwickeln, ist einerseits kostenintensiv und andererseits ist die Interoperabilität erschwert. Konfiguration und Adaption der Software an die jeweilige Situation ist wünschenswert. Als Antwort auf diese Herausforderungen wird in dieser Arbeit die adaptive publish/subscribe-Kommunikationsmiddleware FAMOUSO präsentiert. Weiterhin wird der Einsprachenansatz für die Adaption vorgestellt und gezeigt, welche Formen der Adaption unterstützt werden

Fakultät Informatik (2011) / Technische Universität Dresden

Informationsbroschüre der Fakultät Informatik mit Daten und Fakten sowie einer Vorstellung ausgewählter Forschungsprojekte und Preisträger, Jahr 2011Information about the Faculty of computer science with data and facts, a presentation of selected research projects and award winners, 201

Informatikdidaktische Diskussion über das Design eingebetteter Systeme

Die Ausbildung künftiger Entwickler eingebetteter Systeme ist heute geprägt von einer subjektiven, kulturspezifischen Gestaltung von Lehr-Lernprozessen, welche die Ergebnisse der Kompetenzforschung zumeist nicht berücksichtigen. Es besteht Konsens, dass in Kompetenzmodellen strukturierte Kompetenzen –kognitive Fähigkeiten und Fertigkeiten, um bestimmte Probleme zu lösen –notwendig sind, um zwischen abstrakten Bildungszielen und konkreten Lehr-Lernprozessen zu vermitteln. Damit stellen die Erforschung von Kompetenzmodellen und Pfaden der Kompetenzaneignung grundlegende Forschungsbedarfe zur Hochschuldidaktik der technischen Informatik dar. In dieser Arbeit werden Konzepte zur theoretischen Fundierung von Laborpraktika der technischen Informatik entwickelt, welche auf Ergebnissen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projektes Kompetenzentwicklung mit eingebetteten Mikro- und Nanosystemen (KOMINA) aufbauen. In der vorliegenden Arbeit wird das Verständnis von eingebetteten Systemen als Teil informatischer Curricula insofern erweitert, als dass sich diese Systeme als Lerngegenstand eignen, um Kompetenzen verschiedener Informatikdisziplinen zu fördern und damit nicht auf die technische Informatik beschränkt sind. Eine Taxonomie zur Vergleichbarkeit fachdidaktischer Publikationen zu eingebetteten Systemen wird weiterentwickelt und angewandt, um institutionelle Besonderheiten sowie die Vielseitigkeit des Praxisfeldes zu erfassen. Forschungsgegenstand ist das im Rahmen von KOMINA entwickelte Entwurfs- und Anwendungspraktikum für eingebettete Systeme. Zielgruppe sind Studierende der Informatik. Es werden typische Lernhürden identifiziert, wodurch neue Erkenntnisse, über die formative Evaluation des unter Beteiligung des Autors entwickelten und durchgeführten Praktikums hinaus, gewonnen werden. Diese Erkenntnisse begründen die Notwendigkeit neuer didaktischer Konzepte und lernförderlicher Software unter Berücksichtigung institutioneller Besonderheiten sowie zielgruppenspezifischer Vorkenntnisse. Kognitive Strukturen als Komponente didaktischer Systeme werden in diesem Forschungsprojekt erforscht. Sie dienen als Basis für die informatikdidaktische Verfeinerung des in KOMINA empirisch evaluierten Kompetenzstrukturmodells für das Entwickeln eingebetteter Mikro- und Nanosysteme. Bislang wurden Erarbeitungsreihenfolgen informatorischer Fachkonzepte in didaktischen Systemen betrachtet, welche drei Funktionen besitzen. Die Orientierung der Lernenden im Fachgebiet, die Organisation zur Planung von Lehr-Lernprozessen sowie die Diskussion didaktischer Entscheidungen. In diesem Beitrag zur Grundlagenforschung zur Hochschuldidaktik der technischen Informatik steht die Diskussion didaktischer Entscheidungen bei der Gestaltung von Lehr-Lernprozessen und Pfaden der Kompetenzaneignung im Vordergrund. Deshalb werden die Anforderungen an die Darstellung kognitiver Strukturen – Ausdrucksstärke, Übersichtlichkeit und Nachvollziehbarkeit – zugunsten der Diskussion didaktischer Entscheidungen angepasst. Der Autor stellt Forschern zur Hochschuldidaktik der technischen Informatik Konzepte bereit, die es ermöglichen Fachkonzepte und Lehr-Lernprozesse zu analysieren sowie durch Anpassung an institutionelle Besonderheiten theoretisch fundiert zu gestalten. Dies sind insbesondere eine Taxonomie zur Identifikation von Lernhürden, die Methodik zur Ausdifferenzierung von Kompetenzen mit Bezug zu den identifizierten Lernhürden, die Visualisierung kognitiver Strukturen mit diesen Kompetenzen im Zentrum sowie die in der Hauptverantwortung des Autors entwickelte lernunterstützende Software Explorative Learning and Visualization Environment. Diese dient als Beispiel für den Einsatz von Simulationen in Laborpraktika der technischen Informatik. Es wird damit exemplarisch gezeigt, wie die informatikdidaktische Verfeinerung des Kompetenzstrukturmodells in Verbindung mit kognitiven Strukturen und lernförderlicher Software zur Überwindung der mithilfe der entwickelten Taxonomie identifizierten Lernhürden eingesetzt werden können.Today, the education of future developers of embedded systems is characterized by a subjective, culture-specific design of teaching and learning processes. This design, mostly, does not take the results of research on competences into account. There is a consensus that competences – cognitive abilities and skills used to solve specific problems – and competence models are needed to mediate between abstract and concrete educational goals of teaching and learning processes. Therewith, the exploration of competence models and paths of competence acquisition are fundamental research needs for didactics of computer engineering at university. Within this work, based on the results of the project competence development with embedded micro- and nanosystems (KOMINA) funded by the German Research Foundation, approaches for a theoretical foundation of laboratory courses of computer engineering have been developed. Within this thesis, the understanding of embedded systems as a part of computer science curricula has been broadened since it is not limited to computer engineering. While these systems are also suitable as learning objects to promote competences within various computer science disciplines. A taxonomy to foster the comparability of research on didactics of computer engineering is further developed and applied in order to conceive institutional particularities and the versatility of the practice field. The design and application laboratory for embedded systems, developed in the context of KOMINA, is the object of research. Students of computer science are the target group. In addition to the formative evaluation of the developed laboratory the taxonomy enables the identification of typical learning barriers. These findings justify the need for new educational concepts as well as learning software, taking institutional particularities and target group specific knowledge into account. Cognitive structures as a component of Didactic Systems are investigated. As they serve as a basis for the refinement of the empirically evaluated competence structure model for the development of embedded micro- and nanosystems. So far, the sequences of teaching units have been considered in Didactic Systems, which posses three functions. The orientation of the learner in the topic, the organization of the planning of teaching and learning processes as well as the discussion of didactic decisions. In this work, regarding the contribution to basic research on didactics of computer engineering at university, the discussion of didactic decisions in the design of educational processes and paths of competence acquisition has priority. Therefore, the demands on the representation of cognitive structures – expressiveness, clarity and comprehensibility – are adjusted in favor of the discussion of didactic decisions. The author provides concepts which allow researchers to analyze technical concepts as well as to develop educational processes in a theoretically established manner. These are, in particular, a taxonomy to identify learning barriers, the methodology for the differentiation of competences related to the identified learning hurdles, and the visualization of cognitive structures with these competences at center. Additionally, the learning software Exploratory Learning and Visualization Environment, that has been developed with the author’s responsibility, is presented. This software serves as an example for the use of simulations in laboratory courses of computer engineering. Thus, the combination of the refinement of the competence structure model in conjunction with cognitive structures in addition to learning software, which can be applied to overcome the identified learning hurdles, is shown as an example

Konzept und Evaluation eines phasenorientierten hierarchischen und asynchronen Multi-Core Schedulers für Software-Echtzeitsysteme

Im Flugzeug und im Automobil werden dem Piloten bzw. dem Fahrer immer mehr softwarebasierte Funktionen zur Verfügung gestellt. Dieser stetige Anstieg an Softwarefunktionen resultiert in einer steigenden Anzahl an dafür benötigten Steuergeräten. Als Kostenreduktion werden bereits heute Multicore-Prozessoren verwendet, auf welchen anschließend die entsprechenden Funktionen integriert (Hochintegration) werden. Um den Nutzungsgrad eines Multicore-Prozessors weiter zu verbessern, ist eine Alternative zu den bislang statisch konfigurierten Softwaresystemen erforderlich. Ausgangspunkt der vorliegenden Arbeit, bildet die Überlegung, dass viele Zusatzfunktionen während der Fahrt oder dem Flug nur phasenweise aktiv sind. Diese Arbeit beschreibt ein Konzept eines zur Laufzeit rekonfigurierbares Softwaresystem für Multicore-Embedded-Steuergeräte und dessen Referenzimplementierung. Durch die Berücksichtigung der phasenabhängigen Rechenzeit der ausgeführten Funktionen kann durch das beschriebene Konzept der Nutzungsgrad der Rechenleistung von hochintegrierten Steuergeräten weiter gesteigert werden.:1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Praktisches Beispiel zur Verdeutlichung der Motivation 1.3 Zielsetzung 1.4 Aufbau der Arbeit 1.5 Zusammenfassung 2 Grundlagen 2.1 Eingebettete Steuergeräte 2.2 System Modell 2.3 Scheduling in Echtzeitsystemen 2.4 Knowledgebase 2.5 Linux für Echtzeitsysteme 3 Analyse der Zieldomänen und der Forschung 3.1 Stand der Technik 3.2 Stand der Forschung 3.3 Zusammenfassung 4 Anforderungen und Grundlagen von HAMS 4.1 Situationsanalyse der Zieldomänen 4.2 Anforderungen und Einschränkungen des HAMS-Konzepts 4.3 Phasen in Echtzeitsystemen 4.4 Zusammenfassung 5 Hierarchischer Aufbau der HAMS-Komponenten 5.1 Übersicht der HAMS-Komponenten 5.2 Second Level Scheduler (SLS) 5.3 First Level Scheduler (FLS) 5.4 HAMS Kommunikations API (HAPI) 5.5 Tasks in HAMS 5.6 Zusammenfassung 6 HAMS-Laufzeitumgebung und dessen dynamische Rekonfiguration 6.1 Systemmodi während der Laufzeit 6.2 Dynamische Rekonfiguration in HAMS 6.3 Fehlerbehandlung 6.4 Zusammenfassung 7 Implementierung und Evaluationsumgebung 7.1 Evaluations-Hardware 7.2 Eingliederung von HAMS in Linux 7.3 Eingliederung der HAPI in das Privilegstufenmanagement von Linux 7.4 Laufzeitmessungen für Evaluationszwecke 7.5 HAMS-Simulationstasks 7.6 Bestimmung der Rechenzeitbelastung durch HAMS 7.7 Zusammenfassung 8 Evaluierung 8.1 Evaluations-Konfiguration 8.2 Evaluation 1: Statisches Scheduling und HAMS 8.3 Evaluation 2: Ereignisverarbeitung mit Phasenwechsel 8.4 Evaluation 3 : Wechsel der aktuellen Konfiguration zur Laufzeit 8.5 Evaluations-Zusammenfassung 9 Zusammenfassun