Performance Analysis of Multiprocessor Real-Time Systems with Shared Resources

Eingebettete Systeme, die das Leben sicherer, produktiver und komfortabler machen,

werden von Konsumenten in immer stärkerem Maße wertgeschätzt. Viele dieser

eng mit der Außenwelt interagierenden Systeme zum Beispiel im Automobil bestehen

schon heute aus zahlreichen Einzelkomponenten, die gemeinsam die komplexen,

oft verteilten Funktionen bereitstellen. Um den wachsenden Rechenanforderungen

gerecht zu werden und möglichst auch die Anzahl der Recheneinheiten zu reduzieren,

sind die einzelnen Komponenten inzwischen selbst komplexe Systeme, bestehend aus

mehreren Prozessoren und gemeinsam genutzten Ressourcen. Dieser hierarchische

Aufbau führt zu einer nur schwer zu beherrschenden Systemkomplexität.

Um dennoch die Produktivität im Entwicklungsprozess und die Sicherheit der ausgelieferten

Systeme zu gewährleisten, werden Methoden benötigt, die über die klassischen

Verfahren wie Entwicklung, Simulation und anschließender Fehlersuche hinausgehen.

Formale Analysemethoden sind eine ideale Ergänzung um die aufkommenden

Integrationsrisiken frühzeitig zu erkennen und zu entschärfen, und um insbesondere in

sicherheitskritischen Systemen eine Unterdimensionierung von Systemkomponenten

zu vermeiden, die zu einer Verletzung von zeitlichen Anforderungen führen würde.

In dieser Arbeit begegnen wir den Herausforderungen bestehender und zukünftiger

Systemarchitekturen mit einer formalen Methode zur Performanzanalyse.

Dabei liegt der Fokus zunächst auf der Analyse der verteilten Funktionen, indem auch

etablierte Performanz-Indikatoren erneut untersucht werden. Es werden neue Methoden

eingeführt, um das zeitlich verzerrte Verhalten von Ereignissen entlang einer

Task-Kette zu untersuchen und um die Antwortzeiten der Tasks und die Gesamt-

Latenz entlang einer Kette zu bestimmen. Diese Methoden basieren auf einem neuen

Modell des Zeitverhaltens eines einzelnen Tasks, das sehr effizient die nötigen zeitlichen

Eigenschaften abstrahiert und diese für die System-Analyse zur Verfügung

stellt. Zusammen mit einer verallgemeinerten Betrachtung von Event-Modellen, die

auch spezielle Charakteristika wie periodische Bursts erfasst, führen diese Methoden

zu sehr präzisen Ergebnissen ohne Effizienz einzubüßen.

Die wachsenden Berechnungs- und Sicherheitsanforderungen führen auch in Steuerdominierten

Systemen vermehrt zum Einsatz von Multicore-Controllern.