Software ubiquitärer Systeme

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1 Software ubiquitärer Systeme Ausblick Olaf Spinczyk Arbeitsgruppe Eingebettete Systemsoftware Lehrstuhl für Informatik 12 TU Dortmund 1

2 Inhalt Evaluationsergebnis Prüfung Lehrveranstaltungen der Arbeitsgruppe ESS Themen Diplom- und Masterarbeiten 2

3 Evaluationsergebnis... findet man auf der Webseite zu SuS Gesamtergebnis: sehr gut (1.55) Leichte Diskrepanz zwischen Vorlesung (1.24) und Übung (1.84) Auffälligkeiten Bewertung der Vorlesung alles <= Lehrkraft wirkt sehr gut vorbereitet - Lehrkraft konzentriert sich auf das Wesentliche Bewertung des Materials - Literatur optimal für Nacharbeit geeignet Bewertung der Übung - Schwierigkeitsgrad und Aufwand - Abstimmung von Vorlesung und Übung - Übungsleiter wirkt kompetent

4 Evaluationsergebnis (2) Einzelmeinungen: zu viele Kürzel teilweise waren die PDF-Dateien nicht erreichbar pure::variants sollte nicht behandelt werden hervorragende Rechnerausstattung für Übungsaufgaben es macht Spaß c++/ac++ zu hacken ESS-Kummerkasten ( SuS Webseite) Für alle, die uns noch mehr sagen wollen 4

5 Inhalt Evaluationsergebnis Prüfung Lehrveranstaltungen der Arbeitsgruppe ESS Themen Diplom- und Masterarbeiten 5

6 Prüfung/Schein Prüfung: Mit Anmeldeformular zu mir kommen kein Prüfungstermin zwischen 9.8. und möglich nicht auf die lange Bank schieben Teilnahmescheine: Im LS12 Sekretariat abholen Für alle Studenten/Studentinnen, die die Aufgaben geschafft haben 6

7 Inhalt/Ablauf der Prüfung Primär Fragen zum Stoff der Vorlesung Stoff der Übung wird als Hintergrundwissen vorausgesetzt Nicht prüfungsrelevant ist die Gastvorlesung Christian Kleine-Cosack: Die FINCA 7

8 Inhalt Evaluationsergebnis Prüfung Lehrveranstaltungen der Arbeitsgruppe ESS Themen Diplom- und Masterarbeiten 8

9 LVs der Arbeitsgruppe ESS Bachelor Fachprojekt FP-SWA Software im Automobil (WS 10/11) - Praktische Durchführung einer SW-Entwicklung für Autos Master-Basis SUS Software ubiquitärer Systeme (SS11) - Basisveranstaltung für Eingebettete und Verteilte Systeme - Ein vertikaler Streifzug durch die Systemsoftware ubiquitärer Systeme Master-Vertiefung BSB Betriebssystembau (WS 10/11) - Vertiefung im Bereich der Betriebssysteme - Bau eines eigenen PC Betriebssystems im Rahmen der Übung AFFESS Aktuelle Forschungsfragen der eingebetteten Systemsoftware (WS 11/12?) - Wechselnde Themen mit starkem Forschungsbezug PGs 9

10 Betriebssystembau Immer im Wintersemester Wahlveranstaltung 2V + 2Ü Schwerpunktgebiete: Softwarekonstruktion und Rechnerarchitektur, eingebettete Systeme und Simulation Lunar Lunar Lander Lander Eine Eine MondlandeMondlandesimulation simulation auf auf Basis Basis der der ÜbungsÜbungsbetriebssystems betriebssystems OO-StuBS. OO-StuBS. 10

11 Betriebssystembau V: Vertiefung des Themenbereichs Betriebssysteme Praktische Aspekte des Betriebssystembaus - Wie implementiert man einen Kontextwechsel? - Wie koordiniert man Aktivitäten eines Interrupt-Handlers? - Wie programmiert man die nackte Hardware? Betriebssystemkomponenten und deren Entwurf PC-Technologie aus Betriebssystemsicht Ü: Entwicklung eines einfachen PC-Betriebssystems Tafelübungen und betreute Rechnertermine 3er-Gruppen Programmierung in C++ 6 (+1) Aufgaben 11

12 Inhalt Evaluationsergebnis Prüfung Lehrveranstaltungen der Arbeitsgruppe ESS Themen Diplom- und Masterarbeiten 12

13 Themenbereiche Hardware-Produktlinien (Matthias Meier) Maßgeschneiderte MPSoCs auf FPGAs Software-Produktlinien (Horst Schirmeier) Statische Anwendungsanalyse Maßgeschneiderte Systemsoftware Virtualisierung in eingeb. Systemen (Jochen Streicher) Maßgeschneiderte Betriebssysteme für virtuelle Maschinen Echtzeitüberwachung im Virtual Machine Monitor Aspektorientierte Programmierung (Olaf Spinczyk) AspectC++ und Anwendungen 13

14 Zuverlässigkeit in einem MPSoC Wie wirkt sich die verteilte Architektur auf die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems aus? Welche Vorteile bietet die verteilte Architektur? Anvisierte Ziele: Implementierung einer verteilten Überwachung Implementierung von Redundanz 14

15 Konfigurierbares On-Chip-Netzwerk Entwicklung einer konfigurierbaren Crossbar-Struktur für das bereits existierende LavA-Multiprozessorsystem Implementierung in VHDL Vergleich mit existierenden Kommunikationsstrukturen (Bus und Ring) Sender Sender Empf. Empf. Sender Sender 11 Empf. Empf. 11 Sender Sender 22 Empf. Empf. 22 Sender Sender 33 Empf. Empf

16 Aspekte in Hardware (1) Hardwarebeschreibungssprachen Syntax wie bei Programmiersprachen (VHDL ADA, Verilog C) Semantik deutlich abweichend: Beschreibung von HW-Strukturen Wie sehen querschneidende Belange in Hardware aus?...und was beschreiben sie? - Struktur der Hardware? Temporale Abhängigkeiten? Kontroll-/Datenfluss? Beispiel: State Machine eines UART Konfigurierbare Parität (gerade/ungerade/mark/space) einbauen State Machine: Startbit Bit0 Bit7 Paritätsbit Stopbit - Separate State Machine für Senden und Empfangen von Daten case STATE_TXD is... when S8 => TXDS <= INPL(7); sende Bit 7 NEXT_STATE_TXD<=SSTOP; when SSTOP => TXDS <= '1'; sende Stopbit NEXT_STATE_TXD<=S0; end case; case STATE_TXD is... when S8 => TXDS <= INPL(7); sende Bit 7 NEXT_STATE_TXD<=SPARITY; when SPARITY => gerade Parität erzeugen TXDS <= INPL(0)^INPL(1)...^INPL(7); ^ =XOR NEXT_STATE_TXD<=SSTOP; when SSTOP => TXDS <= '1'; sende Stopbit NEXT_STATE_TXD<=S0; end case; 16

17 Aspekte in Hardware (2) Aufgaben: Finden von Beispielen für querschneidende Belange in real world VHDL - Synthese von Schaltungen, Simulation, Verifikation Bestimmung der Joinpoint-Semantik und einer Pointcut-Sprache - Definition einer Spracherweiterung für VHDL Implementieren eines Prototyps für AspectVHDL - VHDL-Parser existieren bereits Evaluation - Aufwand zur Implementierung von Hardwareeigenschaften mit AspectVHDL 17

18 Domänenspezifische ISAs für VMs code for eventcan-id: 528, 35: JZ CAddr: 60 DAddr: 16 39: MOVIV ImmVal: 0 DAddr: 45: MOVIV ImmVal: 5 DAddr: 51: DELAY DAddr: 15 53: SEND CAN-ID: 529, MSG: 57: JMP CAddr: 79 60: NOP 61: MOVIV ImmVal: 1 DAddr: 67: MOVIV ImmVal: 5 DAddr: 73: DELAY DAddr: 15 75: SEND CAN-ID: 529, MSG: 79: RET Compiler ISA nicht optimal Größe des Bytecodes Geschwindigkeit der VM f f f 20 0f e a0 88 a8 0c 01 3c 0f 05 a8 a8 40 Domänenspezifische ISA Stackmachine nötig, reichen Register? Datentypen? Welche Instruktionen werden wirklich benötigt? 0a a8 12 MSG: [1], MASK: [1] [0] [1] 10 0f d 0f 4f 0f 01 a8 f f e a8 a8 12 VM Besser: Modell für die Anwendungsdomäne, Generierung der ISA! Mühsame Anpassung von Hand? 18

19 Timing Protection Rüstzeug: Real-Time Calculus αe(δt) Max. Häufigkeit des Ereignisses e in einem Δt großen Zeitintervall WCETe Max. Dauer der Behandlung von e α( t) TP in AUTOSAR: Monitoring der WCET t t α t floor Inter-Arrival Time Ie e Ie Aufgabe Implementierung der verbesserten TP Aufbau eines Szenarios α( t) - verschiedene Tasks senden periodisch Nachrichten auf dem CAN-Bus - Berechnung/Validierung der α-kurven Evaluation t 19

20 Automatische Maßschneiderung Autom. Maßschneiderung der C-Standardbibliothek z.b. dietlibc: bereits sehr klein, dennoch monolithisch - Konfigurierbarkeit: Modularisierung insbesondere querschneidender Belange noch nicht vorhanden! Wie erkennt man, welche Features die Anwendung braucht? Art und Weise der Benutzung der API! Automatisierung der Merkmalselektion: Ein Aufruf von pthread_mutex_lock(&mutex); lässt z.b. darauf schließen, dass die Features THREADING und MUTEX der dietlibc eingeschaltet sein müssen. Wenn innerhalb eines Threads weitere API-Aufrufe vorkommen, müssen diese u. U. reentrant sein. 20

21 Konformitätstest für Android-Apps Analysegewahre Android-API Problem: sehr viele unterschiedliche Android-Devices - ~1.0 Apps im Market, alle mit unterschiedlichen Anforderungen - Welche App läuft auf welchem Device? - vorangegangene Arbeit: statische Analyse von Android-Apps, Ableitung von Merkmal-Bedarf Aber: Analyse scheitert in vielen Fällen daran, dass die Android-API dieses Vorgehen nicht vorsieht! Wie müsste die Android-API aussehen, damit die Analyse immer gelingt? Wird die Analyse dadurch auch schneller / einfacher? Die Ergebnisse qualitativ besser? 21

22 Weitere Themen Echtzeiteigenschaften in einem konfigurierbaren MPSoC Entwicklung von Mechanismen zur Analyse des Echtzeitverhaltens des Gesamtsystems CiAO (aspektorientiert, konfigurierbar) Plattentreiber/Dateisystem (x86) CiAO personality für Linux-Anwendungen (abhängig) AspectC++ Anwendungen für den neuen Introspection Mechanismus Beispiel: Treiber-Framework für Linux Dein Lieblingsthema hier. 22