Echtzeitsysteme

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Echtzeitsysteme – Der Begriff Echtzeit ist einer der am meisten strapazierten Begriffe der Informatik und wird in den verschiedensten Zusammenhängen benutzt: Echtzeitstrategiespiel, Videobearbeitung in Echtzeit, Echtzeitsteuerung, Echtzeitkommunikation, und viele mehr. Tatsächlich zeichnen sich Echtzeitsysteme nicht durch ihre Geschwindigkeit, sondern durch ihre Kopplung an die (echte) Realzeit aus. Ihr Ziel ist die rechtzeitige Bereitstellung von Funktionen und Ergebnissen. Abhängig von der Betrachtungsebene spricht man allgemein von eingebetteten Systemen oder, um den regelungstechnischen Anteil hervorzuheben, von Cyber-Physical Systems. Entsprechend weit spannen sich die Forschungsaktivitäten des Lehrstuhls auf. Den Kern bilden hierbei Arbeiten im Bereich der klassischen Systemsoftware (Echtzeitbetriebssystem) und der Erforschung neuartiger Mechanismen zur Ablaufplanung und Koordinierung von Echtzeitaufgaben sowie deren Analyse hinsichtlich funktionaler und nicht-funktionaler Eigenschaften wie Zeit, Energie oder Ressourcenverbrauch.

Projekte:

Laufzeit: seit 1. November 2022
Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektleitung:

Energiebeschränkte Echtzeitsysteme, wie beispielsweise implantierbare Medizingeräte, sind heutzutage allgegenwärtig. Diese Systeme erfordern von ihrer Software die Erfüllung der beiden Eigenschaften von sicherer und zugleich energieeffizienter Ausführung von Aufgaben der Software. In Hinblick auf funktionale Sicherheit müssen diese Systeme ihre Aufgaben innerhalb von Laufzeit- und Energieschranken ausführen, da das Überschreiten von Terminen und Energiebudgets zu lebensgefährlichen Konsequenzen führen k…

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Laufzeit: seit 11. August 2020
Projektleitung:

Das Vorhaben entwickelt ein neuartiges Paradigma, um Prozessmigration in Mehrkern-Echtzeitsystemen zeitlich vorhersagbar zu gestalten. Kern des Ansatzes ist das Konzept der migrationsgewahren Laufzeitumgebung (migration-aware real-time executive), in welcher Migrationsentscheidungen anstatt auf globalen Lastparametern systematisch auf Grundlage von Hinweisen der unter (strikten) Echtzeitbedingungen ablaufenden Maschinenprogramme der Anwendungsebene getroffen werden. Diese sogenannten Migrationshinweise…

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Laufzeit: 1. August 2015 - 31. Juli 2018
Mittelgeber: DFG / Forschungsgruppe (FOR)
Projektleitung:

Im Kontext der Gesamtvision der Forschergruppe BATS ist es das Ziel des Teilprojekts ARTE (adaptive run-time environment, TP 2) eine flexible Systemsoftwareunterstützung zu entwickeln. Diese soll es ermöglichen, für die Verhaltensbeobachtungen von Fledermäusen (TP 1) verteilte Datenstromanfragen (TP 3) auf einem heterogenen Sensornetzwerk (TP 4), bestehend aus stationären (TP 5) und mobilen (TP 7) Sensornetzwerkknoten, zu etablieren. Eine besondere Herausforderung stellen hierbei die knappen Ressourcen dar, im speziellen Speicher und Energie, sowie die wechselhafte Konnektivität der nur 2 g schweren mobilen Knoten. In Anbetracht dieser vielfältigen und teilweise konfligierenden Anforderungen soll ARTE in Form einer hochkonfigurierbaren Softwareproduktlinie realisiert werden. Ziel ist es, sowohl die unterschiedlichen funktionalen Anforderungen zwischen mobilen und stationären Knoten zu unterstützen, als auch wichtige nichtfunktionale Eigenschaften, wie niedriger Speicherverbrauch und Energieeffizienz. Entsprechend soll schon bei der Entwicklung von ARTE der Konfigurationsraum werkzeuggestützt und gezielt auf nichtfunktionale Eigenschaften untersucht werden, um gemäß der Anforderungen an das Projekt später im Einsatz eine optimierte Auswahl von Implementierungsartefakten zu bieten. Dabei ist explizit die dynamische Anpassbarkeit von Anwendungs- wie auch von Systemfunktionen zu berücksichtigen. Auf funktionaler Ebene wird ARTE Systemdienste in Gestalt einer Middleware bereitstellen, die Anpassung und Erweiterung zur Laufzeit unterstützt und auf Datenstromverarbeitung zugeschnitten ist, um eine ressourceneffiziente und flexible Ausführung von Datenstromanfragen zu ermöglichen.

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Laufzeit: 1. Oktober 2007 - 31. Juli 2014
Mittelgeber: Siemens AG
Projektleitung: ,

Der I4Copter hat seinen Ursprung im CoSa Projekt, wo er als Demonstrator für echt sicherheitskritische Systemsoftware eingesetzt wird. Stärker als zu Anfang angenommen erwies sich das Projekt während der Entwicklung des Prototypen als Herausforderung, sowohl im Sinne der Systemkomplexität als auch in den Anwendungsmöglichkeiten. So stellt die für die Regelung, Navigation und Kommunikation notwendige Software eine umfassende und anspruchsvolle Anwendung für die…

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Laufzeit: 1. Januar 2010 - 31. Dezember 2018
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)
Projektleitung:

Das Projekt ARES befasst sich mit der Entwicklung von adaptiven Eingebetteten Echtzeitrechensystemen welche Echtzeitsignalverarbeitung und Berücksichtigung der zur Verfügung stehenden Energie garantieren:

Eingebettete System stützen sich häufig auf eine komplexe Sensorik für die Erfassung der Umwelt. Ein integraler Bestand dieser Systeme ist eine nicht minder komplexe Signalverarbeitung und Regelung. Da ihre Funktion maßgeblich von der rechtzeitigen Bereitstellung der Ergebnisse abhän…

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Laufzeit: 1. August 2011 - 31. August 2016
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Projektleitung:

Das Projekt Real-Time Systems Compiler (RTSC) entwicklet einen Betriebssystem-gewahren übersetzer, welcher eine implementierungsagnostische Manipulation der Echtzeitsystemarchitektur von gegebenen Echtzeitanwendungen ermöglicht. Eine derartige Transformation der Architektur ermöglicht beispielsweise die überführung eines ereignisgesteuerten in ein zeitgesteuertes Echtzeitsystem. Letztere lassen sich beispielsweise wesentlich einfacher hinsichtlicher ihrer Sicherheit und Zuverlässigkeit verifizieren sind jedoch auch typischerweise mit signifikant höheren Entwicklungskosten verbunden. Die praktischen Vorteile einer automatsierten überführung mittels des RTSCs liegen entsprechend auf der Hand.

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Laufzeit: 1. August 2017 - 30. September 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Projektleitung: ,

Das Ziel von AORTA ist die Verbesserung der Vorhersagbarkeit von dynamischen, gemischt-kritischen Echtzeitsystemen durch die Extraktion kritischer Pfade, deren Transformation in statische äquivalente sowie einer zeitgesteuerten Ausführung. Da diese im Vergleich mit ereignisgesteuerten Abläufen jedoch zum Brachliegen von Ressourcen neigt, soll das grundsätzlich optimistische Ausführungsmodell gemischt-kritischer Echtzeitsysteme beibehalten werden und nur im Notfall eine Umschaltung in den statischen Abla…

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Laufzeit: 1. September 2015 - 30. September 2021
Projektleitung: ,

Ein maßgebliches Entwurfsziel von sicherheitskritischen Regelungssystemen ist die nachweisbare Einhaltung eines spezifischen Qualitätsziels im Sinne der Regelgüte. Dies bedingt die Bereitstellung einer entsprechenden Dienstgüte durch das darunter liegende Echtzeitbetriebssystem in Form von Ressourcen. Der Zusammenhang zwischen der auf zeitlichen Parametern basierenden Dienstgüte und der resultierenden Regelgüte ist dabei jedoch nicht immer einfach: Der nötige Ausführungsaufwand variiert deutlich mit der Situation und Störanregung und umgekehrt haben die konkreten Ausführungsbedingungen einen qualitativen Einfluss auf die Regelgüte. Um trotz all dieser Zusammenhänge die Einhaltung der Regelgüte zu gewährleisten, werden typischerweise pessimistische Überabschätzungen, insbesondere der maximalen Ausführungskosten, getroffen. Daraus ergibt sich letztlich ein hinsichtlich der bereitgestellten Ressourcen stark überdimensioniertes System, wobei der Grad der Überdimensionierung mit der Komplexität und Dynamik des betrachteten Systems überproportional steigt. Hierdurch ist zu erwarten, dass die bisherigen pessimistischen Entwurfsmuster und Analysetechniken in Zukunft an ihre Grenzen stoßen. Ein Beispiel hierfür sind komplexe, adaptive und gemischt- kritische Fahrassistenz- und Autopilotfunktionen in Fahrzeugen, bei denen eine allgemeingültige Garantie für alle Fahrsituationen und Umweltbedingungen weder zweckmäßig noch realistisch ist. Die skizzierte Problematik ist letztlich nur durch eine interdisziplinäre Betrachtung regelungstechnischer und echtzeitsystemorientierter Aspekte zu lösen. Das Forschungsvorhaben geht von existierendem Wissen zum Entwurf von Echtzeitregelungssystemen mit weichen, festen und harten Zeitgarantien aus. Es wird die Grundannahme getroffen, dass der Rechenzeitbedarf der Anwendung signifikant zwischen typischer und maximaler Störanregung variiert und entsprechend zu situationsabhängigen Reserven führt. Hinterfragt wird der rein auf zeitlichen Eigenschaften basierende Entwurf des Gesamtsystems ohne Berücksichtigung der Dynamik der Regelgüte und die damit einhergehende pessimistische Auslegung. Das Ziel des Vorhabens ist die Vermeidung von Pessimismus beim Entwurf von harten Echtzeitsystemen für Regelungsanwendungen mit strikten Qualitätsgarantien und somit die Auflösung des Zielkonfliktes zwischen der Garantie der Regelgüte und einer hohen mittleren Leistungsfähigkeit des Systems. Der verfolgte Lösungsansatz stützt sich auf einen gemeinsamen Entwurf von Regelungsanwendung und Ausführungsumgebung und umfasst die folgenden drei Kernpunkte: die modellgestützte Bewertung der Regelgüte, eine vorausschauende Ablaufplanung von Regelungsaktivitäten und ein hybrides Ausführungsmodell zur Einhaltung der Garantien.

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Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
Projektleitung:

Das Projekt entwickelt Transportkanäle für Cyber-physische Netzwerke. Solche Transportkanäle müssen Latenz- und Resilienz-gewahr sein; d. h. die Latenz, welche die Anwendung sieht, muss vorhersagbar und in gewissen Grenzen, u. a. durch eine Balance von Latenz und Resilienz, garantiert sein. Dies ist nur möglich durch einen neuartigen Transport-Protokollstapel und dessen adäquaten Unterbau (Betriebssystem sowie die Betriebssystem-nahen Ebenen des Protokollstapels). Dazu führt das vorliegende Vorhab…

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Laufzeit: seit 1. Januar 2020
Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
Projektleitung:

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Kontaktpersonen:

Beteiligte Wissenschaftler:

Publikationen: