The issue of write-read contention is one of the most prevalent problems when deploying real-time data warehouses. With increasing load, updates are increasingly delayed and previously fast queries tend to be slowed down considerably. However, depending on the user requirements, we can improve the response time or the data quality by scheduling the queries and updates appropriately. If both criteria are to be considered simultaneously, we are faced with a so-called multi-objective optimization problem. We transformed this problem into a knapsack problem with additional inequalities and solved it efficiently. Based on our solution, we developed a scheduling approach that provides the optimal schedule with regard to the user requirements at any given point in time. We evaluated our scheduling in an extensive experimental study, where we compared our approach with the respective optimal schedule policies of each single optimization objective.

This thesis tackles the challenge of real-time image analysis in resource-constrained embedded systems, focusing specifically on Micro Aerial Vehicle (MAV) applications. The primary objective of this research is to design a software architecture that integrates features like modularity, real-time capabilities, robustness, and adaptability to meet the demands. The study proposes a unique software architecture based on blackboard and microservices architectures, that facilitates the key strengths from both paradigms, while mitigating their individual limitations. Additionally, it leverages shared memory inter-process communication mechanism for implementing centralized knowledge base of the blackboard, and realizing the API of the microservices architecture. The computer vision system tasks are decomposed into smaller pieces, and developed and implemented as loosely coupled individual software components. The thesis contribution lies in an efficient architecture for real-time image analysis on safety-critical and resource-constrained MAV platforms. The architecture provides an efficient and real-time-capable backbone and offers modularity and reusability for diverse applications.:1. Introduction 2. Fundamentals 3. Literature Review 4. Conceptualization of Real-Time Software Architecture 5. Implementation 6. Test and Evaluation 7. Conclusion and Future Scope Appendix

This work makes significant contributions in the field of sufficient schedulability tests for rate-monotonic scheduling (RMS) and their application to partitioned RMS. Goal is the maximization of possible utilization in worst or average case under a given number of processors. This scenario is more realistic than the dual case of minimizing the number of necessary processors for a given task set since the hardware is normally fixed. Sufficient schedulability tests are useful for quick estimates of task set schedulability in automatic system-synthesis tools and in online scheduling where exact schedulability tests are too slow. Especially, the approach of Accelerated Simply Periodic Task Sets (ASPTSs) and the concept of circular period similarity are cornerstones of improvements in the success ratio of such schedulability tests. To the best of the author's knowledge, this is the first application of circular statistics in real-time scheduling. Finally, the thesis discusses the use of sharp total utilization thresholds for partitioned EDF. A constant-time admission control is enabled with a controlled residual risk. / Diese Arbeit liefert entscheidende Beiträge im Bereich der hinreichenden Planbarkeitstests für ratenmonotones Scheduling (RMS) und deren Anwendung auf partitioniertes RMS. Ziel ist die Maximierung der möglichen Last im Worst Case und im Average Case bei einer gegebenen Zahl von Prozessoren. Dieses Szenario ist realistischer als der duale Fall der Minimierung der Anzahl der notwendigen Prozessoren für eine gegebene Taskmenge, da die Hardware normalerweise fixiert ist. Hinreichende Planbarkeitstests sind für schnelle Schätzungen der Planbarkeit von Taskmengen in automatischen Werkzeugen zur Systemsynthese und im Online-Scheduling sinnvoll, wo exakte Einplanungstests zu langsam sind. Insbesondere der Ansatz der beschleunigten einfach-periodischen Taskmengen und das Konzept der zirkulären Periodenähnlichkeit sind Eckpfeiler für Verbesserungen in der Erfolgsrate solcher Einplanungstests. Nach bestem Wissen ist das die erste Anwendung zirkulärer Statistik im Echtzeit-Scheduling. Schließlich diskutiert die Arbeit plötzliche Phasenübergänge der Gesamtlast für partitioniertes EDF. Eine Zugangskontrolle konstanter Zeitkomplexität mit einem kontrollierten Restrisiko wird ermöglicht.

In my dissertation, I present ATLAS — the Auto-Training Look-Ahead Scheduler. ATLAS improves service to applications with regard to two non-functional properties: timeliness and overload detection. Timeliness is an important requirement to ensure user interface responsiveness and the smoothness of multimedia operations. Overload can occur when applications ask for more computation time than the machine can offer. Interactive systems have to handle overload situations dynamically at runtime. ATLAS provides timely service to applications, accessible through an easy-to-use interface. Deadlines specify timing requirements, workload metrics describe jobs. ATLAS employs machine learning to predict job execution times. Deadline misses are detected before they occur, so applications can react early.

Moderne Fahrerassistenzsysteme und der Weg zum autonomen Fahren stellen immer größere Anforderungen an die Steuergeräte Hard- und Software im Fahrzeug. Um diese Anforderungen zu erfüllen kommen vermehrt hochperformante Steuergeräte mit einer heterogenen Prozessorarchitektur zum Einsatz. Ein Safety-Prozessor, auf dem ein standardmäßiges AUTOSAR-Betriebssystem ausgeführt wird, übernimmt dabei die echtzeitkritischen und sicherheitsrelevanten Aufgaben wohingegen die rechenintensiven und dynamischen Aufgaben auf einem sehr viel leistungsfähigeren Performance-Prozessor unter einem POSIX-Betriebssystem wie zum Beispiel Linux ausgeführt werden. Hierbei soll es ermöglicht werden unter dem Linux System ebenfalls AUTOSAR Softwarekomponenten und Module auszuführen, welche beispielsweise die im Fahrzeug verwendeten Kommunikationsprotokolle umsetzen oder weniger sicherheitskritische Aufgaben erfüllen. Auf diese Weise lassen sich andere Steuergeräte im Fahrzeug entlasten. Dazu wurde im Rahmen dieser Arbeit eine Softwarearchitektur entwickelt, die es ermöglicht AUTOSAR-Komponenten direkt in einer Linux-Umgebung auszuführen. Des Weiteren wurde eine einfache und effiziente Kommunikation zwischen AUTOSARKomponenten und Linux-Applikationen erarbeitet.

In my dissertation, I present ATLAS — the Auto-Training Look-Ahead Scheduler. ATLAS improves service to applications with regard to two non-functional properties: timeliness and overload detection. Timeliness is an important requirement to ensure user interface responsiveness and the smoothness of multimedia operations. Overload can occur when applications ask for more computation time than the machine can offer. Interactive systems have to handle overload situations dynamically at runtime. ATLAS provides timely service to applications, accessible through an easy-to-use interface. Deadlines specify timing requirements, workload metrics describe jobs. ATLAS employs machine learning to predict job execution times. Deadline misses are detected before they occur, so applications can react early.:1 Introduction 2 Anatomy of a Desktop Application 3 Real Simple Real-Time 4 Execution Time Prediction 5 System Scheduler 6 Timely Service 7 The Road Ahead Bibliography Index

Moderne, objektorientierte Sprachen spielen bei der Entwicklung von Software für eingebettete Systeme bislang kaum eine Rolle. Die Gründe hierfür sind vielfältig, meist wird jedoch die mangelnde Effizienz und der größere Speicherbedarf hervorgehoben. Obwohl Java viele Eigenschaften hat, die sehr für einen Einsatz in eingebetteten Systemen sprechen, so hängt doch gerade Java vielfach immer noch das Vorurteil an, in Systemen mit beschränkter Rechenleistung und Speicher zu viele Ressourcen zu benötigen. Diese Arbeit soll dazu beitragen, diese Vorurteile abzutragen. Sie stellt insbesondere Techniken vor, die den Speicherbedarf einer JVM so gering wie möglich halten und diese effizient mit der zur Verfügung stehenden Rechenleistung umgehen lassen. Viele der dargestellten Verfahren und Algorithmen wurden in der Kertasarie VM implementiert, einer virtuellen Maschine, die speziell für den Einsatz in eingebetteten Systemen konzipiert wurde. Durch die weit verbreitete Vernetzung eingebetteter Systeme über das Internet stellt sich in vielen Fällen zudem das Problem einer modernen, abstrakten und effizienten Form der Kommunikation. Aus diesem Grund liegt der zweite Schwerpunkt dieser Arbeit auf dem Vergleich von objektorientierten Middleware-Architekturen, insbesondere von Java-RMI. Auch auf diesem Gebiet wird eine eigene, speziell an eingebettete Systeme angepasste RMI-Variante vorgestellt. / Modern, object oriented languages do not play an important role when developing software for embedded systems. There are many reasons for it, most often an inadequate performance and a greater memory demand are mentioned. In spite of the fact that Java has many features suitable for embedded systems, Java often faces the prejudice to consume too much resources in systems with limited processing power and memory. This work is a contribution to diminish this prejudices. It presents techniques to limit the memory demands of a Java Virtual Machine and to effectively cope with limited computing power. Many of the presented methods and algorithms are implemented in the Kertasarie VM, a JVM designed to run in embedded systems.Due to the fact of increasing network capabilities embedded systems often face the problem of a modern, abstract and efficient communication. Therefore the second emphasis of this work is put on the comparison of object oriented middleware architectures, especially Java-RMI. An own implementation for embedded systems is also presented.

Virtualization is a mature technology in server and desktop environments where multiple systems are consolidate onto a single physical hardware platform, increasing the utilization of todays multi-core systems as well as saving resources such as energy, space and costs compared to multiple single systems. Looking at embedded environments reveals that many systems use multiple separate computing systems inside, including requirements for real-time and isolation properties. For example, modern high-comfort cars use up to a hundred embedded computing systems. Consolidating such diverse configurations promises to save resources such as energy and weight. In my work I propose a secure software architecture that allows consolidating multiple embedded software systems with timing constraints. The base of the architecture builds a microkernel-based operating system that supports a variety of different virtualization approaches through a generic interface, supporting hardware-assisted virtualization and paravirtualization as well as multiple architectures. Studying guest systems with latency constraints with regards to virtualization showed that standard techniques such as high-frequency time-slicing are not a viable approach. Generally, guest systems are a combination of best-effort and real-time work and thus form a mixed-criticality system. Further analysis showed that such systems need to export relevant internal scheduling information to the hypervisor to support multiple guests with latency constraints. I propose a mechanism to export those relevant events that is secure, flexible, has good performance and is easy to use. The thesis concludes with an evaluation covering the virtualization approach on the ARM and x86 architectures and two guest operating systems, Linux and FreeRTOS, as well as evaluating the export mechanism.

Wurden früher Data-Warehouse-Systeme meist nur zur Datenanalyse für die Entscheidungsunterstützung des Managements eingesetzt, haben sie sich nunmehr zur zentralen Plattform für die integrierte Informationsversorgung eines Unternehmens entwickelt. Dies schließt vor allem auch die Einbindung des Data-Warehouses in operative Prozesse mit ein, für die zum einen sehr aktuelle Daten benötigt werden und zum anderen eine schnelle Anfrageverarbeitung gefordert wird. Daneben existieren jedoch weiterhin klassische Data-Warehouse-Anwendungen, welche hochqualitative und verfeinerte Daten benötigen. Die Anwender eines Data-Warehouse-Systems haben somit verschiedene und zum Teil konfligierende Anforderungen bezüglich der Datenaktualität, der Anfragelatenz und der Datenstabilität. In der vorliegenden Dissertation wurden Methoden und Techniken entwickelt, die diesen Konflikt adressieren und lösen. Die umfassende Zielstellung bestand darin, eine Echtzeit-Data-Warehouse-Architektur zu entwickeln, welche die Informationsversorgung in seiner ganzen Breite -- von historischen bis hin zu aktuellen Daten -- abdecken kann. Zunächst wurde ein Verfahren zur Ablaufplanung kontinuierlicher Aktualisierungsströme erarbeitet. Dieses berücksichtigt die widerstreitenden Anforderungen der Nutzer des Data-Warehouse-Systems und erzeugt bewiesenermaßen optimale Ablaufpläne. Im nächsten Schritt wurde die Ablaufplanung im Kontext mehrstufiger Datenproduktionsprozesse untersucht. Gegenstand der Analyse war insbesondere, unter welchen Bedingungen eine Ablaufplanung in Datenproduktionsprozessen gewinnbringend anwendbar ist. Zur Unterstützung der Analyse komplexer Data-Warehouse-Prozesse wurde eine Visualisierung der Entwicklung der Datenzustände, über die Produktionsprozesse hinweg, vorgeschlagen. Mit dieser steht ein Werkzeug zur Verfügung, mit dem explorativ Datenproduktionsprozesse auf ihr Optimierungspotenzial hin untersucht werden können. Das den operativen Datenänderungen unterworfene Echtzeit-Data-Warehouse-System führt in der Berichtsproduktion zu Inkonsistenzen. Daher wurde eine entkoppelte und für die Anwendung der Berichtsproduktion optimierte Datenschicht erarbeitet. Es wurde weiterhin ein Aggregationskonzept zur Beschleunigung der Anfrageverarbeitung entwickelt. Die Vollständigkeit der Berichtsanfragen wird durch spezielle Anfragetechniken garantiert. Es wurden zwei Data-Warehouse-Fallstudien großer Unternehmen vorgestellt sowie deren spezifische Herausforderungen analysiert. Die in dieser Dissertation entwickelten Konzepte wurden auf ihren Nutzen und ihre Anwendbarkeit in den Praxisszenarien hin überprüft.

Aus der Einleitung: "Klassische VR/AR-Ausgabegeräte sind meist kopfgetragene Systeme oder 3D-Projektionsanlagen. In bestimmten Anwendungsfällen, zum Beispiel in der Wartung (Schreiber 2011) oder auch in Bauplanung und Bauausführung (Woodward 2011), verbieten sich diese Geräte aufgrund von Arbeitsschutzbestimmungen oder widrigen Einsatzbedingungen. Hier bieten sich Smartphones oder auf ähnlicher Technologie arbeitende Tablett-Computer als Alternative an, insbesondere dann, wenn stereoskopische Darstellung nicht benötigt wird."