The WCET Tool Challenge 2011

Following the successful WCET Tool Challenges in 2006 and 2008, the third event in this series was organized in 2011, again with support from the ARTIST DESIGN Network of Excellence. Following the practice established in the previous Challenges, the WCET Tool Challenge 2011 (WCC'11) defined two kinds of problems to be solved by the Challenge participants with their tools, WCET problems, which ask for bounds on the execution time, and flow-analysis problems, which ask for bounds on the number of times certain parts of the code can be executed. The benchmarks to be used in WCC'11 were debie1, PapaBench, and an industrial-strength application from the automotive domain provided by Daimler AG. Two default execution platforms were suggested to the participants, the ARM7 as "simple target'' and the MPC5553/5554 as a "complex target,'' but participants were free to use other platforms as well. Ten tools participated in WCC'11: aiT, Astr\'ee, Bound-T, FORTAS, METAMOC, OTAWA, SWEET, TimeWeaver, TuBound and WCA

Programmiersprachen und Rechenkonzepte

Seit 1984 veranstaltet die GI-Fachgruppe "Programmiersprachen und Rechenkonzepte" regelmäßig im Frühjahr einen Workshop im Physikzentrum Bad Honnef. Das Treffen dient in erster Linie dem gegenseitigen Kennenlernen, dem Erfahrungsaustausch, der Diskussion und der Vertiefung gegenseitiger Kontakte. In diesem Forum werden Vorträge und Demonstrationen sowohl bereits abgeschlossener als auch noch laufender Arbeiten vorgestellt, unter anderem (aber nicht ausschließlich) zu Themen wie - Sprachen, Sprachparadigmen, - Korrektheit von Entwurf und Implementierung, -Werkzeuge, -Software-/Hardware-Architekturen, -Spezifikation, Entwurf, - Validierung, Verifikation, - Implementierung, Integration, - Sicherheit (Safety und Security), - eingebettete Systeme, - hardware-nahe Programmierung. In diesem Technischen Bericht sind einige der präsentierten Arbeiten zusammen gestellt

On static execution-time analysis

Proving timeliness is an integral part of the verification of safety-critical real-time systems. To this end, timing analysis computes upper bounds on the execution times of programs that execute on a given hardware platform. Modern hardware platforms commonly exhibit counter-intuitive timing behaviour: a locally slower execution can lead to a faster overall execution. Such behaviour challenges efficient timing analysis. In this work, we present and discuss a hardware design, the strictly in-order pipeline, that behaves monotonically w.r.t. the progress of a program's execution. Based on monotonicity, we prove the absence of the aforementioned counter-intuitive behaviour. At least since multi-core processors have emerged, timing analysis separates concerns by analysing different aspects of the system's timing behaviour individually. In this work, we validate the underlying assumption that a timing bound can be soundly composed from individual contributions. We show that even simple processors exhibit counter-intuitive behaviour - a locally slow execution can lead to an even slower overall execution - that impedes the soundness of the composition. We present the compositional base bound analysis that accounts for any such amplifying effects within its timing contribution. This enables a sound compositional analysis even for complex processors. Furthermore, we discuss hardware modifications that enable efficient compositional analyses.Echtzeitsysteme müssen unter allen Umständen beweisbar pünktlich arbeiten. Zum Beweis errechnet die Zeitanalyse obere Schranken der für die Ausführung von Programmen auf einer Hardware-Plattform benötigten Zeit. Moderne Hardware-Plattformen sind bekannt für unerwartetes Zeitverhalten bei dem eine lokale Verzögerung in einer global schnelleren Ausführung resultiert. Solches Zeitverhalten erschwert eine effiziente Analyse. Im Rahmen dieser Arbeit diskutieren wir das Design eines Prozessors mit eingeschränkter Fließbandverarbeitung (strictly in-order pipeline), der sich bzgl. des Fortschritts einer Programmausführung monoton verhält. Wir beweisen, dass Monotonie das oben genannte unerwartete Zeitverhalten verhindert. Spätestens seit dem Einsatz von Mehrkernprozessoren besteht die Zeitanalyse aus einzelnen Teilanalysen welche nur bestimmte Aspekte des Zeitverhaltens betrachten. Eine zentrale Annahme ist hierbei, dass sich die Teilergebnisse zu einer korrekten Zeitschranke zusammensetzen lassen. Im Rahmen dieser Arbeit zeigen wir, dass diese Annahme selbst für einfache Prozessoren ungültig ist, da eine lokale Verzögerung zu einer noch größeren globalen Verzögerung führen kann. Für bestehende Prozessoren entwickeln wir eine neuartige Teilanalyse, die solche verstärkenden Effekte berücksichtigt und somit eine korrekte Komposition von Teilergebnissen erlaubt. Für zukünftige Prozessoren beschreiben wir Modifikationen, die eine deutlich effizientere Zeitanalyse ermöglichen

Timing model derivation : static analysis of hardware description languages

Safety-critical hard real-time systems are subject to strict timing constraints. In order to derive guarantees on the timing behavior, the worst-case execution time (WCET) of each task comprising the system has to be known. The aiT tool has been developed for computing safe upper bounds on the WCET of a task. Its computation is mainly based on abstract interpretation of timing models of the processor and its periphery. These models are currently hand-crafted by human experts, which is a time-consuming and error-prone process. Modern processors are automatically synthesized from formal hardware specifications. Besides the processor’s functional behavior, also timing aspects are included in these descriptions. A methodology to derive sound timing models using hardware specifications is described within this thesis. To ease the process of timing model derivation, the methodology is embedded into a sound framework. A key part of this framework are static analyses on hardware specifications. This thesis presents an analysis framework that is build on the theory of abstract interpretation allowing use of classical program analyses on hardware description languages. Its suitability to automate parts of the derivation methodology is shown by different analyses. Practical experiments demonstrate the applicability of the approach to derive timing models. Also the soundness of the analyses and the analyses’ results is proved.Sicherheitskritische Echtzeitsysteme unterliegen strikten Zeitanforderungen. Um ihr Zeitverhalten zu garantieren müssen die Ausführungszeiten der einzelnen Programme, die das System bilden, bekannt sein. Um sichere obere Schranken für die Ausführungszeit von Programmen zu berechnen wurde aiT entwickelt. Die Berechnung basiert auf abstrakter Interpretation von Zeitmodellen des Prozessors und seiner Peripherie. Diese Modelle werden händisch in einem zeitaufwendigen und fehleranfälligen Prozess von Experten entwickelt. Moderne Prozessoren werden automatisch aus formalen Spezifikationen erzeugt. Neben dem funktionalen Verhalten beschreiben diese auch das Zeitverhalten des Prozessors. In dieser Arbeit wird eine Methodik zur sicheren Ableitung von Zeitmodellen aus der Hardwarespezifikation beschrieben. Um den Ableitungsprozess zu vereinfachen ist diese Methodik in eine automatisierte Umgebung eingebettet. Ein Hauptbestandteil dieses Systems sind statische Analysen auf Hardwarebeschreibungen. Diese Arbeit stellt eine Analyse-Umgebung vor, die auf der Theorie der abstrakten Interpretation aufbaut und den Einsatz von klassischen Programmanalysen auf Hardwarebeschreibungssprachen erlaubt. Die Eignung des Systems, Teile der Ableitungsmethodik zu automatisieren, wird anhand einiger Analysen gezeigt. Experimentelle Ergebnisse zeigen die Anwendbarkeit der Methodik zur Ableitung von Zeitmodellen. Die Korrektheit der Analysen und der Analyse-Ergebnisse wird ebenfalls bewiesen

Run-Time Monitoring of Timing Constraints: A Survey of Methods and Tools

Abstract-Despite the availability of static analysis methods to achieve a correct-by-construction design for different systems in terms of timing behavior, violations of timing constraints can still occur at run-time due to different reasons. The aim of monitoring of system performance with respect to the timing constraints is to detect the violations of timing specifications, or to predict them based on the current system performance data. Considerable work has been dedicated to suggesting efficient performance monitoring approaches during the past years. This paper presents a survey and classification of those approaches in order to help researchers gain a better view over different methods and developments in monitoring of timing behavior of systems. Classifications of the mentioned approaches are given based on different items that are seen as important in developing a monitoring system, i.e., the use of additional hardware, the data collection approach, etc. Moreover, a description of how these different methods work is presented in this paper along with the advantages and downsides of each of them

WCET 2008 Abstracts Collection -- 8th Intl. Workshop on Worst-Case Execution Time (WCET) Analysis

The workshop on Worst-Case Execution Time Analysis is a satellite event to the annual Euromicro Conference on Real-Time Systems. It brings together people that are interested in all aspects of timing analysis for real-time systems. In the 2008 edition, 13 papers were presented, organized into four sessions: methods for WCET computation, low-level analysis, system-level analysis and flow-analysis. The workshop was also the opportunity to report from the 2007 WCET tool challenge