Watwa
Systemweite Optimalitätsanalyse und Maßschneiderung von Anwendungen mit Worst-Case-Beschränkungen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Projektleitung:
Projektbeteiligte: , ,
Projektstart: 1. November 2022
Akronym: Watwa
Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Abstract:
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 kann. Statische Programmanalysewerkzeuge ermöglichen hierfür automatisiert das Worst-Case-Verhalten des Systems zu bestimmen, um letztendlich den sicheren Betrieb mit gegebenen Zeit- und Energieressourcen zu garantieren. Jedoch sind existierende statische Analysen nicht in der Lage, das Problem zu adressieren eines ressourceneffizienten Betriebs unter Beibehaltung der Eigenschaft von sicherer Ausführung. Weiterhin ist eine manuelle Maßschneiderung für das Effizienzproblem unpraktikabel durch die große Anzahl an Energiesparmechanismen in modernen Hardwareplattformen. Um dem Betriebssystem zur Laufzeit eine optimale Nutzung der Ressourcen zu ermöglichen bei sicherem Ablauf der Aufgaben, wäre eine ganzheitliche Sicht auf Aufgaben, ihre Ressourcenbeschränkungen und Energiesparmechanismen erforderlich, was vom aktuellen Stand der Forschung nicht erreicht wird.
Das Forschungsprojekt Watwa bietet einen Ansatz für ganzheitliche Optimalitätsanalysen und Maßschneiderung von Systemen mit Worst-Case-Beschränkungen. Das Grundkonzept umfasst die automatisierte Generierung von funktional gleichwertigen Varianten der Aufgaben unter Ausnutzung vorhandener Energiesparmechanismen der Hardwareplattform. Die dadurch erreichte anwendungsgewahre Maßschneiderung erlaubt das gezielte Ein-/Ausschalten unbenutzter Leistungsverbraucher. Eine anschließende Worst-Case-Analyse bewertet das unterschiedliche zeitliche und energetische Verhalten der Varianten hinsichtlich des Ressourcenbedarfs. Schlussendlich ermöglicht es Watwa durch die Kombination aus Variantengenerierung und Analyse erstmals Hinweise auf optimale Systemabläufe vollständig automatisch zu finden. Optimalität meint hier die möglichst effiziente Ressourcennutzung bei garantierter Einhaltung aller Termine und Energiebudgets. Um analytisch bestimmte Hinweise zur Laufzeit auszunutzen, beinhaltet Watwa die Entwicklung eines Betriebssystems und einer Ablaufplanung, die auf veränderte Umweltbedingungen reagieren und einen effizienten, aber gleichzeitig sicheren Betrieb ermöglichen. Zusammengefasst zielt das Forschungsprojekt auf die Beantwortung folgender zwei Fragen ab: (1) Wie können statische Analysen unter Ausnutzung moderner Energiesparmechanismen Varianten mit optimalem Ressourcenbedarf und sicheren Schranken des Bedarfs erzeugen? (2) Wie können Betriebssysteme statisch bestimmte Hinweise auf mögliche Abläufe und Gerätenutzungen verwenden, um einen effizienten Betrieb unter Sicherheitsgarantien zu ermöglichen?
Publikationen:
Crêpe: Clock-Reconfiguration–Aware Preemption Control in Real-Time Systems with Devices
36th Euromicro Conference on Real-Time Systems (Lille, France, 9. Juli 2024 - 12. Juli 2024)
In: Proceedings of the 36th Euromicro Conference on Real-Time Systems (ECRTS 2024) 2024
DOI: 10.4230/LIPIcs.ECRTS.2024.10
URL: https://drops.dagstuhl.de/storage/00lipics/lipics-vol298-ecrts2024/LIPIcs.ECRTS.2024.10/LIPIcs.ECRTS.2024.10.pdf , :
The Platin Multi-Target Worst-Case Analysis Tool
22nd International Workshop on Worst-Case Execution Time Analysis (WCET 2024) (Lille, France, 9. Juli 2024 - 9. Juli 2024)
In: Proceedings of the 22nd International Workshop on Worst-Case Execution Time Analysis (WCET 2024) 2024
DOI: 10.4230/OASIcs.WCET.2024.2
URL: https://drops.dagstuhl.de/storage/01oasics/oasics-vol121-wcet2024/OASIcs.WCET.2024.2/OASIcs.WCET.2024.2.pdf , , , , , , , , , , , , :
FusionClock: Energy-Optimal Clock-Tree Reconfigurations for Energy-Constrained Real-Time Systems
35th Euromicro Conference on Real-Time Systems (ECRTS '23) (Vienna, Austria)
In: Proceedings of the 35th Euromicro Conference on Real-Time Systems (ECRTS '23) 2023
DOI: 10.4230/LIPIcs.ECRTS.2023.6 , , , :
WoCA: Avoiding Intermittent Execution in Embedded Systems by Worst-Case Analyses with Device States
25th ACM SIGPLAN/SIGBED International Conference on Languages, Compilers, and Tools for Embedded Systems (LCTES 2024) (Copenhagen, Denmark, 24. Juni 2024 - 28. Juni 2024)
In: Proceedings of the 25th ACM SIGPLAN/SIGBED International Conference on Languages, Compilers, and Tools for Embedded Systems (LCTES 2024) 2024
URL: https://sys.cs.fau.de/publications/2024/raffeck_24_lctes.pdf , , :
TinyBFT: Byzantine Fault-Tolerant Replication for Highly Resource-Constrained Embedded Systems
30th IEEE Real-Time and Embedded Technology and Applications Symposium (RTAS 2024) (Hong Kong, China, 13. Mai 2024 - 16. Mai 2024)
In: Proceedings of the 30th IEEE Real-Time and Embedded Technology and Applications Symposium (RTAS 2024) 2024
DOI: 10.1109/RTAS61025.2024.00026
URL: https://sys.cs.fau.de/publications/2024/boehm_24_rtas.pdf , , :