Universeller hybrider Systembeobachter für Echtzeitsysteme

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Tristan Feld
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1 Universeller hybrider Systembeobachter für Echtzeitsysteme Björn Pietsch Institut für Regelungstechnik Leibniz Universität Hannover Björn Pietsch

2 eingebettete Systeme werden komplexer Vielzahl an Aufgaben Auslegung, Verifikation, Optimierung und Fehlersuche aufwendig Einsicht in innere Vorgänge notwendig Zeitverhalten von außen vorgegeben gleichzeitige Verfolgung interner und externer Abläufe nützlich herkömmliche Analysatoren und Debugger nur sehr bedingt geeignet Folie 2

3 Gliederung Notwendigkeit der Aktionsverfolgung Grundtypen der Beobachter OSOBS: Operating System Observer Effizienz und Anwendungen Ausblick Folie 3

4 Softwarebeobachter Code Daten CPU Speicher Busbridge Folie 4

5 Softwarebeobachter systemeigene Tracer (z.b. ftrace, LTTng) keine zusätzliche Hardware leicht portierbar beanspruchen Systemressourcen Auflösung und/oder Aufzeichnungsdauer begrenzt erzeugen zusätzliche Ereignisse verändern Abläufe Beobachtung externer Vorgänge nicht möglich Folie 5

6 Hardwarebeobachter Code Daten CPU Cache >99% Speicher Busbridge Beobachter Folie 6

7 Hardwarebeobachter Busbeobachtung rückwirkungsfrei bei zugänglichem Bus System on Chip nutzt keinen externen Bus Cache fängt Großteil der Zugriffe ab komplexe Hardware notwendig Prozessormodule (z.b. Nexus5001, ARM Trace Port) meist rückwirkungsfrei, keine Cache/SoC-Probleme Daten unspezifisch: hohe Datenraten komplexe Hardware notwendig Folie 7

8 Hybrider Beobachter Code Daten CPU Speicher Busbridge Beobachter (systemunabhängig) spezif. Target Folie 8

9 Hybrider Beobachter Aufzeichnung mit externer Hardware Datenumfang praktisch unbegrenzt ständige Bereitschaft: einfacher Zugriff einfache Überwachung peripherer Systeme Hardware notwendig, aber standardisierbar zwei Zeitbasen: Vereinheitlichung notwendig Aktive Ausgabe von Meldungen an wichtigen Stellen Beschränkung auf bedeutende Ereignisse standardisierte Datenkanäle (z.b. PCI, PCIe) nutzbar Beeinflussung der Abläufe, aber gering Folie 9

10 Anforderungen an einen hybriden Beobachter möglichst geringe Beeinflussung des Systems Unabhängigkeit von spezieller Softwarestruktur Modularität zur einfachen Anpassung an verschiedene Systeme Beobachtung von Netzwerken Erfassung und Anregung von Interrupts Widerstandsfähigkeit gegen Ereignisbursts Sicherung gegen Übertragungsfehler Folie 10

11 OSOBS: Struktur am Beispiel eines Roboters OSOBS-Master CAN CAN 4 Kanäle SRAM 4 MiB PCI CPCI- Target HSSI HSSI FPGA Leitrechner USB- Modul Host- PC Interrupts Folie 11

12 Daten Kontinuierliche Ereignisrate: 1,25 Mio./s Maximale Ereignisrate über PCI: 3,3 Mio./s Pufferkapazität: Ereignisse Ereignisformat (4x4 Byte): Zeitstempel Quellkennung (Prozess/Quelle) Ereigniscode Statusmeldung 2 Interruptdetektoren/-generatoren Folie 12

13 Beobachtungspunkte Speicherfenster für Target, Adresse trägt auch Information Aufwand für Beobachtungspunkt (PowerPC): 2 Speicherzugriffe RTOS-UH: 5 Maschinenbefehle Linux: 13 Maschinenbefehle, Optimierungspotential spezielle Ereigniscodes ermöglichen Datentransport: Speicherbelegung benutzerdefinierte Werte aus Anwendung <event idx= 1704 > <time>374af8c</time> <OID>14E90</OID> <EID> </EID> <stat>0</stat> <mem>200</mem> </event> Folie 13

14 Analyse Vorverarbeitung Konversion in XML Wiederherstellung unterbrochener Beobachtungspunkte Vereinheitlichung der Zeitmessung Umwandlung der Datenereignisse Zustandsrekonstruktion für Prozesse statistisch gerufene Funktionen Ausführungs- und Latenzzeiten grafisch Folie 14

15 Grafische Analyse Folie 15

16 Anwendungen Treibereffizienz CAN Funktionsklärung des Gatekeepers in Linux/Xenomai Referenzerfassung des Ressourcenverbrauchs Versagensmechanismus bei Interruptlast Folie 16

17 Ausblick Bedienkomfort Analysen fortführen LTTV-Integration Quelle: Folie 17

18 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit Fragen? Björn Pietsch Institut für Regelungstechnik Leibniz Universität Hannover Folie 18

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