Flexible Fehlerbehandlung für eingebettete Echtzeitsysteme

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Marwedel
• Fachliche Zuordnung: Rechnerarchitektur, eingebettete und massiv parallele Systeme
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 182064811

Aktuelle Entwicklungen im Bereich der Halbleitertechnologie werden dazu führen, dass Hardware immer unzuverlässiger wird. In den ersten beiden Projektphasen haben wir nachweisen können, dass Software-basierte Fehlerbehandlung ein effektiver und effizienter Ansatz ist, um zuverlässige eingebettete Systeme zu entwickeln. Hierbei ist die Grundidee, Fehler nach ihrer schlimmstmöglichen Auswirkung mit Hilfe von Anwendungswissen zu klassifizieren. Entsprechend müssen dann in Situationen mit Ressourcenmangel nur die kritischen Fehler tatsächlich korrigiert werden. Mittels Zuverlässigkeitsannotationen konnten wir zeigen, dass bei Korrektur nur dieser Fehler Anwendungsabstürze vermieden werden können. In der zweiten Projektphase wurde der Ansatz um Fehlermodelle für einen H.264 Decoder und verbesserte Methoden der Fehlerinjektion erweitert. Die Unempfindlichkeit von Programmen gegenüber Hardware-Fehlern und die Ausnutzung von Quellcode-Annotationen wurden näher untersucht. Bei der H.264-Videoanwendung müssen jetzt nur noch 33% bis 50% des Datenspeichers zuverlässig sein. Informationen über Zuverlässigkeitsanforderungen der Variablen werden nunmehr über eine Bibliothek zur Laufzeit verfügbar gemacht. Über unser Subscriber-Modell kann zur Laufzeit herausgefunden werden, welche Prozesse auf einen Speicher zugreifen. Weitere Untersuchungen wurden zum Modell der Reliable Computing Base angestellt. Eine Reihe von Einschränkungen hinsichtlich Fehlertoleranz bei Einzelprozessoren kann bei Multiprozessoren überwunden werden. Das riesige Potential, welches sich hierdurch auftut, soll in der dritten Projektphase verstärkt genutzt werden. Eine gute Balance zwischen den verschiedenen Zielkriterien wie der Zuverlässigkeit, dem Einhalten von Realzeitschranken, der Energieeffizienz, der Dienstgüte usw. zu erzielen ist eine Herausforderung. Dazu existiert ein großer Entwurfsspielraum, sogar bei der Fokussierung auf off-the-shelf Hardware. Unser Ziel ist es, durch Betrachtungen der Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Zielkriterien zu einer effizienten Realisierung zu gelangen. Dabei werden wir Informationen über Zusammenhänge zwischen verschiedenen Detaillierungsebenen betrachten und unterschiedliche Formen der vollständigen oder teilweisen Mehrfachausführung wie auch unterschiedliche Nutzungen der Speicherhierarchie gegeneinander abwägen. Aufgrund der Dynamik der Systeme muss eine Reihe von Entscheidungen zur Laufzeit getroffen werden. Am Schluss des Projektes sollen die Optimierungsmethoden und deren Wechselwirkungen quantitativ bewertet werden. Zusammenfassend erwarten wir durch die Fokussierung auf Software-basierte Fehlertoleranzmethoden für Multiprozessorsysteme einen wesentlichen Schub bei der praktisch nutzbaren Fehlertoleranz von Zuverlässigkeits- und Zeit-kritischen Eingebetteten Systemen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1500: Entwurf und Architekturen verlässlicher Eingebetteter Systeme
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Beteiligte Person: Professor Dr. Michael Engel