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Entwicklung eines eingebetteten Software-Modells zur automatischen Berechnung von Fehlertoleranz Mustern

Entwicklung eines eingebetteten Software-Modells zur automatischen Berechnung von Fehlertoleranz Mustern
Typ:Masterarbeit
Datum:offen (zu vergeben)
Betreuer:

M. Eng. Augusto Hoppe
Dipl.-Inform. Timo Sandmann

Entwicklung eines eingebetteten Software-Modells zur automatischen Berechnung von Fehlertoleranz Mustern

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Abbildung 1: Amalthea Systemmodell (https://www.eclipse.org/app4mc/)

Umfeld

Eingebettete elektronische Systeme unterliegen einer Vielzahl unterschiedlicher Anforderungen. Vor allem der Bedarf an Rechenleistung steigt seit Jahrzehnten kontinuierlich an. Um diesen zu decken, ist die Verwendung moderner Mehrkernprozessoren oft unvermeidbar.

Im sicherheitskritischen Umfeld, wie dem des automatisierten Fahrens, stellt dies jedoch eine massive Herausforderung dar: Denn trotz der Komplexität, die der Einsatz solch moderner Technologien hervorruft, muss das System die bestehenden Anforderungen nach Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit erfüllen.

Wie es dennoch möglich ist, Mehrkernprozessoren auf effiziente Art und Weise im sicherheitskritischen Umfeld einzusetzen, ist Forschungsgegenstand von ARAMiS II.

 

Aufgabenstellung

Ausgangspunkt der Arbeit ist das Problem der Design Space Exploration. Dies ist ein Szenario, das beim Entwerfen eines eingebetteten Systems auftreten kann: Nach der anfänglichen Partitionierung, dem Mapping und der nachfolgenden Planung möchten wir modellieren können, was die erwartete Zuverlässigkeit (oder Fehlerraten) des resultierenden Systems ist.

Als Metrik wird die Zuverlässigkeit normalerweise am Ende des Entwicklungszyklus eines Systems berechnet. Zugewiesene Hardwareressourcen, Ausführungszeiten und Stromverbrauch können sich auf die endgültige Zuverlässigkeit einer Anwendung auswirken. Es ist daher schwierig, es während der Modellierungsphase der Entwicklung als eine Optimierungsmetrik zu verwenden.

Im Rahmen des ARAMiS II Projekts verwenden wir hierfür auf eine Systemmodellierung basierend auf Eclipse APP4MC. Diese Plattform ist aus der Fortsetzung des AMALTHEA-Projekts hervorgegangen (siehe Abbildung 1). Es handelt sich um eine Open Source Tool-Plattform für das Engineering eingebetteter Multi- und Many-Core Softwaresysteme. Die Plattform ermöglicht die Erstellung und Verwaltung komplexer Werkzeugketten einschließlich deren Simulation und Validierung. Als offene Plattform, die sich im Automotive-Bereich bereits bewährt hat, unterstützt sie Interoperabilität und Erweiterbarkeit und vereinheitlicht den Datenaustausch in organisationsübergreifenden Projekten.

Der Kern der Masterarbeit ist die Erweiterung dieses Modells, um die Schätzung von Ausfallraten Metriken für komplexere Systeme zu ermöglichen. Die Ausfallrate (λ) ist die Häufigkeit, mit der ein System oder eine Komponente ausfällt, ausgedrückt in Fehlern pro Zeiteinheit. Diese Metrik ist eine Funktion der Umgebung, in der das System bereitgestellt wird, und der internen Architektur des Systems. Durch die Kombination von Basis Metriken wie der Ausfallrate einzelner Hardwarekomponenten und der Ausführungszeit jeder Softwarekomponente auf der jeweiligen HW-Einheit möchten wir die resultierende Fehlerrate für das kombinierte HW/SW-System abschätzen.

Um eine automatisierte Exploration des Design Space auf Basis des allgemeinen Modells zu ermöglichen, muss das APP4MC Format entweder direkt oder als Proof of Concept durch eine höhere Sprache erweitert werden. Das formale mathematische Modell muss vor jeder direkten Implementierung formuliert und konsistent sein.

 

Voraussetzungen

Für den theoretischen Teil der Arbeit sind Kenntnisse im Bereich eingebetteter elektronischer Systeme notwendig. Vorkenntnisse in der Zuverlässigkeit von Systemen sind hilfreich. Für den praktischen Anteil sind gute Programmierkenntnisse erforderlich.