Der Elektrik/Elektronik- und der IT-Anteil steigt derzeit in den aktuellen Premium -Fahrzeugen stetig an. Durch den Verbau von immer mehr (hochvernetzten) Steuergeräten im Fahrzeug wird versucht, dem Wunsch der Kunden nach mehr Funktionalität, Sicherheit, etc. gerecht zu werden. Aufgrund der Komplexität und der großen Entwicklungssprünge sind jedoch die neuen Steuergeräte meistens nicht mehr kompatibel mit den Vorgänger-Steuergeräten. Hier ist ein großes Einsparpotenzial vorhanden und dies ist auch der Ansatzpunkt des Forschungsthemas ”CompA“ (Compatibility Analysis of Electronic Control Units), das in diesem Dokument beschrieben wird. Im Rahmen dieses Forschungsthemas wird eine Methode definiert, mit der zwei Steuergeräte auf Rückwärtskompatibilität untersucht werden können. Der Ansatz baut auf drei Schwerpunkten auf: • Definition eines Spezifikationsansatzes zur hinreichenden Beschreibung von Steuergeräten auf Basis eines XML-Schemas. Es werden hierbei sowohl die statischen als auch die dynamischen Eigenschaften abgebildet. Dieser neuartige Spezifikationsansatz bildet die Basis für den nächsten Schwerpunkt. • Definition einer Methode zur Analyse von Rückwärtskompatibilität von Steuergeräten auf Basis eines XML-Schemas. Die Rückwärtskompatibilität zweier Steuergeräte bzw. Systeme wird auf Basis der zugehörigen XML-Dokumente analysiert. Kern der Vergleichsmethode ist hierbei ein effizientes Mapping der XML-Dokumente und ein Experten-Regelwerk. • Definition einer Methode zur Kompatibilitätsanalyse von Message Sequence Charts (MSC). MSCs werden eingesetzt, um dynamisches Verhalten an der Schnittstelle von Steuergeräten zu beschreiben. In diesem Dokument wird ein Ansatz definiert, mit dem MSCs zueinander auf Rückwärtskompatibilität geprüft werden können. Der Vergleich erfolgt auf Basis deterministischer Automaten. Des Weiteren wird im vorliegenden Dokument ein Konzept für eine graphische Benutzeroberfläche (GUI) vorgestellt, die zur Spezifikation von Steuergeräten geeignet ist und sich adaptiv unterschiedlichen Schemata anpasst. Alle vorgestellten Konzepte wurden in einem Software-Tool implementiert und die Gültigkeit an mehreren Beispielen validiert.

Der achte Band der wissenschaftlichen Schriftenreihe EINGEBETTETE, SELBSTORGANISIERENDE SYSTEME widmet sich der Synthese von partiell dynamisch rekonfigurierbaren, eingebetteten Systemen. Mit der Möglichkeit Hardwareblöcke zur Laufzeit auf programmierbaren Bausteinen neu zu konfigurieren, lässt sich eine höhere Flexibilität im Vergleich zu einer Hardwarerealisierung in eingebettete Systeme integrieren. Gleichzeitig sind diese Systeme durch eine gesteigerte Performance gegenüber Software gekennzeichnet. Die Flexibilität kann ausgenutzt werden, um kleinere Schaltkreise bei gleichem Funktionsumfang einzusetzen. Für die Integration von Rekonfigurierung sind zusätzliche Entwurfschritte im Design Flow notwendig. Herr Meisel stellt hierfür in seiner Arbeit eine Entwurfsmethodik vor und geht im Besonderen auf die Partitionierung, Platzierung und Steuerung in dynamisch rekonfigurierbaren, eingebetteten Systemen ein. Um eine vergleichsweise effizient zu realisierende Partitionierung des Systems zu erhalten, wurde das Overlaying Verfahren aus dem Bereich der Speicherverwaltung für dynamische Rekonfigurierung adaptiert. Für das Platzierungsverfahren wurden Rekonfigurierungen als Markov Kette modelliert, um so zu einer Minimierung der durchschnittlichen Rekonfigurierungsdauer zu gelangen. Die vorgestellte Rekonfigurierungssteuerung fokussiert auf einer ressourcensparenden Hardware Implementierung. Mit einem Entwurfsbeispiel werden die Vorteile und Ergebnisse des Ansatzes anschaulich illustriert. So kann der Leser die Mächtigkeit des entwickelten Ansatzes nachvollziehen und wird motiviert, die entwickelte Methodik auf weitere Anwendungsfälle zu übertragen. / Volume 8 of scientific series EINGEBETTETE, SELBSTORGANISIERENDE SYSTEME (Embedded Self-Organized Systems) addresses the synthesis of partially dynamically reconfigurable embedded systems. With the ability to configure hardware blocks during run-time, more flexibility can be integrated in embedded systems. At the same time, these systems have better performance than functions implemented in software. Through this flexibility it is possible to use smaller circuits without limiting the functionality. For the integration of reconfiguration into embedded systems, additional design steps are required. Mr. Meisel presents a design methodology for the design flow and primarily concerns the problem of partitioning, placement, and reconfiguration control in dynamically reconfigurable embedded systems. The implemented partitioning of the system is based on the adapted memory management concept of Overlaying. For the placement method the configurations are modeled as Markov chain, in order to minimize the average reconfiguration time. The presented reconfiguration control unit focuses on a resource-saving hardware implementation. The benefits and results of the approach are clearly illustrated with a design sample. The reader can understand the power of developed approach and is motivated to transfer the developed methodology to more use cases.

Presentation held on the 123. Unix-Stammtisch. It contains information about the usage of Linux on embedded systems. The boot process of Linux, the design of an embedded system environment and small libraries and tools are discussed in detail. / Vortrag zum 123. Unix Stammtisch der TU-Chemnitz. Befasst sich mit dem Entwurf und Betrieb von eingebetteten Systemen mit dem Betriebssystem Linux. Von der D-Box bis zur Linux-Armbanduhr, der Linux-Boot Prozess, Aufbau einer Linuxumgebung undminimalistisches Bibiotheken.

Die Steigerung der Verarbeitungsleistung eingebetteter Mikroprozessoren gewinnt insbesondere durch zunehmende Bedeutung audiovisueller Datenverarbeitung in Verbindung mit drahtloser Kommunikation ständig an Bedeutung. Die notwendige Performance ist jedoch durch Anwendung klassischer Techniken des Prozessorentwurfs (Pipelining, Superskalarität) nur teilweise erreichbar. In unserem Beitrag möchten wir aufzeigen, daß die erforderliche Verarbeitungsleistung durch den Einsatz dynamisch rekonfigurierbarer Datenpfade bei gleichzeitig erhöhtem Flexibilitätsgrad erreicht werden kann. Anhand von quantitativen Untersuchungen zu Chipflächen und Leistungsbedarf einer 0,18µm CMOS-Standardzellenrealisierung der ARRIVE Architektur- Fallstudie wird ersichtlich, daß durch Einsatz eines einfachen RISC Mikroprozessors erweitert um einen rekonfigurierbaren DSP-Datenpfad eine gute Ausnutzung der vorhandenen Applikationsparallelität verbunden mit einem deutlichem Performancegewinn bei gleichzeitig geringem Chipflächen- und Leistungsbedarf erreichbar ist. Als Quelle des ermittelten und dargestellten Leistungsbedarfs dient dabei eine basierend auf repräsentativen DSP Benchmark-Algorithmen durchgeführte Power-Simulation des Chip-Layouts.

Es wird ein Ansatz zur zeitbeschränkten Ablaufplanung für VLIW-Prozessoren mit neuronalen Netzen vorgestellt. Bestehende Arbeiten werden dahingehend erweitert, dass der Datenpfad des Prozessors über heterogene funktionale Einheiten verfügen und geclustert sein darf. Es werden zwei Varianten zur Lösung des Problems angegeben, deren Qualität mit einem heuristischen Ansatz verglichen wird und Schlussfolgerungen bezüglich der Nutzbarkeit neuronaler Netze gezogen.

Im Rahmen des FACETS-Projektes ist die optimierte Abbildung neuronaler Netzwerke durch spezielle Algorithmen auf dafür konzipierte Hardware notwendig, um die Simulation plastischer und pulsierender Modelle zu ermöglichen. Die Erstellung der biologischen und Hardware- Modelle sowie die Konzeptionierung und Analyse der Algorithmen werden in dieser Arbeit vorgestellt.

In Verbindung mit eingebetteten Systemen spielte Sicherheit in der Vergangenheit eher eine untergeordnete Rolle. Im Vordergrund standen vorhersagbare Ausführungszeiten und der finanzielle Rahmen. Aufgrund der zunehmenden Vernetzung und der Konzentration mehrerer Anwendungen auf einen Prozessor gewinnt dieser Gesichtspunkt jedoch stärker an Bedeutung. Der Blackfin-Prozessor des Herstellers Analog Devices, welcher die Konzepte von Mikrocontroller und digitalem Signalprozessor in sich vereint, entspricht diesem Trend, indem er die Möglichkeit des Speicherschutzes integriert. Das Betriebssystem uClinux wurde speziell auf die Bedürfnisse von eingebetteten Systemen angepasst, da es im Gegensatz zu Linux keinen virtuellen Speicher unterstützt. Es wurde zwar bereits auf die Architektur des Blackfin Prozessors portiert, verfügte jedoch bisher nicht über nennenswerte Mechanismen zum Schutz des Speichers. Der Hauptteil dieser Diplomarbeit besteht deshalb darin, Linux’ Speicherverwaltung zu analysieren, einen ähnlichen Ansatz in uClinux zu implementieren und schließlich den Einfluss auf die Leistung des Systems zu ermitteln. Die entstandene Realisierung schützt sowohl den Speicher einzelner Prozesse als auch den des Betriebssystemkerns. Obwohl die Lösung im Moment noch prototypischen Charakter besitzt, ist sie bereits voll funktionsfähig. Des Weiteren diskutiert die Arbeit auch den Ansatz des alleinigen Kernel-Schutzes und unterbreitet einen Vorschlag zur Verringerung der Interrupt-Latenzzeit. / In the past, embedded system’s security has been often omitted in order to trade it for system cost and more predictable execution timings. Due to the pressure induced by increased networking and multitasking, this issue is getting more important. Therefore, Analog Devices’ Blackfin processor, which combines capabilities of signal processing and controlling, additionally provides means for memory protection. The operating system uClinux, which is especially suitable for embedded systems because support for Virtual Memory has been removed, has already been ported to the Blackfin architecture, but still lacks support for memory protection. Thus, the main effort of this thesis consists of analysing Linux’s memory management, reimplementing similar approaches into the uClinux kernel, and measuring the resulting overhead. The implemented protection scheme does secure both particular processes and kernel space. Even if it is still in a prototypical state, memory protection is fully functional. In addition, approaches for exclusive kernel protection and reducing interrupt latency are discussed.

Der Elektrik/Elektronik- und der IT-Anteil steigt derzeit in den aktuellen Premium -Fahrzeugen stetig an. Durch den Verbau von immer mehr (hochvernetzten) Steuergeräten im Fahrzeug wird versucht, dem Wunsch der Kunden nach mehr Funktionalität, Sicherheit, etc. gerecht zu werden. Aufgrund der Komplexität und der großen Entwicklungssprünge sind jedoch die neuen Steuergeräte meistens nicht mehr kompatibel mit den Vorgänger-Steuergeräten. Hier ist ein großes Einsparpotenzial vorhanden und dies ist auch der Ansatzpunkt des Forschungsthemas ”CompA“ (Compatibility Analysis of Electronic Control Units), das in diesem Dokument beschrieben wird. Im Rahmen dieses Forschungsthemas wird eine Methode definiert, mit der zwei Steuergeräte auf Rückwärtskompatibilität untersucht werden können. Der Ansatz baut auf drei Schwerpunkten auf: • Definition eines Spezifikationsansatzes zur hinreichenden Beschreibung von Steuergeräten auf Basis eines XML-Schemas. Es werden hierbei sowohl die statischen als auch die dynamischen Eigenschaften abgebildet. Dieser neuartige Spezifikationsansatz bildet die Basis für den nächsten Schwerpunkt. • Definition einer Methode zur Analyse von Rückwärtskompatibilität von Steuergeräten auf Basis eines XML-Schemas. Die Rückwärtskompatibilität zweier Steuergeräte bzw. Systeme wird auf Basis der zugehörigen XML-Dokumente analysiert. Kern der Vergleichsmethode ist hierbei ein effizientes Mapping der XML-Dokumente und ein Experten-Regelwerk. • Definition einer Methode zur Kompatibilitätsanalyse von Message Sequence Charts (MSC). MSCs werden eingesetzt, um dynamisches Verhalten an der Schnittstelle von Steuergeräten zu beschreiben. In diesem Dokument wird ein Ansatz definiert, mit dem MSCs zueinander auf Rückwärtskompatibilität geprüft werden können. Der Vergleich erfolgt auf Basis deterministischer Automaten. Des Weiteren wird im vorliegenden Dokument ein Konzept für eine graphische Benutzeroberfläche (GUI) vorgestellt, die zur Spezifikation von Steuergeräten geeignet ist und sich adaptiv unterschiedlichen Schemata anpasst. Alle vorgestellten Konzepte wurden in einem Software-Tool implementiert und die Gültigkeit an mehreren Beispielen validiert.

Programming PLC systems is limited by the provided libraries. In contrary, hardware-near programming needs bigger efforts in e. g. initializing the hardware. This work others a foundation to combine advantages of both development sides. Therefore, Portable.NET from the DotGNU project has been used, which is an implementation of CLI, better known as “.NET”. The target system is the PLCcore-5484 microcontroller board, developed by SYS TEC electronic GmbH. Built upon the porting, two variants to use interrupt routines withing the Portabe.NET runtime environment have been analyzed. Finally, the reaction times to occuring interrupt events have been examined and compared.:Contents List of Tables iv List of Figures v Listings vi 1 Introduction 1 1.1 Objective 1 1.2 Structure 2 2 State of the Art 3 2.1 .NET Framework 3 2.1.1 Common Language Runtime 4 2.1.2 Common Type System 6 2.1.3 Common Language Specification 6 2.1.4 Common Intermediate Language 7 2.1.5 Metadata 8 2.1.6 .NET Class Library 8 2.2 DotGNU 9 2.2.1 Hans-Boehm Garbage Collector 10 2.2.2 Foreign Function Interface 11 2.2.3 Interpreter 11 2.2.4 Unrolled Assembler Code 12 2.2.5 JIT Support 13 2.2.6 Debugging 14 2.2.7 X11 Support 16 2.2.8 Embedded Engine 16 2.3 Mono 17 2.4 Rotor 27 2.5 Coldfire vs. m68k 17 2.5.1 Exclusive Instructions 18 2.5.2 Floating Point Size 18 2.5.3 Other Differences 19 2.5.4 ABI Changes 19 3 Implementation 20 3.1 Incompatible m68k Code 20 3.2 Incompatible Alignments 21 3.3 Broken Toolchain 24 3.4 Unrolling Assembler Code 24 3.4.1 Setup of the Unroller 25 3.4.2 Unroller Implementation 26 3.4.3 m68k Specifics 27 3.4.4 Macro Counting 28 3.4.5 Extended Testsuite 29 3.4.6 Floating Point Remainder 34 3.4.7 Big Endianess 34 3.4.8 NOP is not just no Operation 36 3.4.9 Caches 36 3.5 C# Debugging 37 3.6 Interrupt Access in C# 38 3.6.1 Kernel Module 39 3.6.2 C# Application 40 3.7 Results 42 4 Performance 43 4.1 Portable.NET Benchmark 43 4.2 Benchmark Results 44 4.3 Interrupt Response Time 46 5 Final Remarks and Further Work 53 5.1 Conclusion 53 5.2 Improvements 53 5.2.1 Increasing Engine Performance 53 5.2.2 Tweaking IRQ Handling 54 5.2.3 Porting JIT to MCF5484 55 5.2.4 Miscellaneous 55 6 Acronyms 56 Bibliography 58 A Contents of the enclosed CD 61 / Die Programmierung für SPS-Systeme ist durch die gegebenen Bibliotheken beschränkt, während hardwarenahe Programmierung einen größeren Aufwand durch z.B. Initialisierungen hat. Diese Arbeit bietet eine Grundlage, um die Vorteile beider Entwicklungsseiten zu kombinieren. Dafür wurde Portable.NET des DotGNU-Projekts, eine Implementierung des CLI, bekannter unter dem Namen “.NET”, benutzt. Das Zielsystem ist das PLCcore-5484 Mikrocontrollerboard der SYS TEC electronic GmbH. Aufbauend auf der Portierung wurden zwei Varianten zur Einbindung von Interrupt-Routinen in die Portable.NET Laufzeitumgebung untersucht. Abschließend wurden die Reaktionszeiten zu eintretenden Interrupts analysiert und verglichen.:Contents List of Tables iv List of Figures v Listings vi 1 Introduction 1 1.1 Objective 1 1.2 Structure 2 2 State of the Art 3 2.1 .NET Framework 3 2.1.1 Common Language Runtime 4 2.1.2 Common Type System 6 2.1.3 Common Language Specification 6 2.1.4 Common Intermediate Language 7 2.1.5 Metadata 8 2.1.6 .NET Class Library 8 2.2 DotGNU 9 2.2.1 Hans-Boehm Garbage Collector 10 2.2.2 Foreign Function Interface 11 2.2.3 Interpreter 11 2.2.4 Unrolled Assembler Code 12 2.2.5 JIT Support 13 2.2.6 Debugging 14 2.2.7 X11 Support 16 2.2.8 Embedded Engine 16 2.3 Mono 17 2.4 Rotor 27 2.5 Coldfire vs. m68k 17 2.5.1 Exclusive Instructions 18 2.5.2 Floating Point Size 18 2.5.3 Other Differences 19 2.5.4 ABI Changes 19 3 Implementation 20 3.1 Incompatible m68k Code 20 3.2 Incompatible Alignments 21 3.3 Broken Toolchain 24 3.4 Unrolling Assembler Code 24 3.4.1 Setup of the Unroller 25 3.4.2 Unroller Implementation 26 3.4.3 m68k Specifics 27 3.4.4 Macro Counting 28 3.4.5 Extended Testsuite 29 3.4.6 Floating Point Remainder 34 3.4.7 Big Endianess 34 3.4.8 NOP is not just no Operation 36 3.4.9 Caches 36 3.5 C# Debugging 37 3.6 Interrupt Access in C# 38 3.6.1 Kernel Module 39 3.6.2 C# Application 40 3.7 Results 42 4 Performance 43 4.1 Portable.NET Benchmark 43 4.2 Benchmark Results 44 4.3 Interrupt Response Time 46 5 Final Remarks and Further Work 53 5.1 Conclusion 53 5.2 Improvements 53 5.2.1 Increasing Engine Performance 53 5.2.2 Tweaking IRQ Handling 54 5.2.3 Porting JIT to MCF5484 55 5.2.4 Miscellaneous 55 6 Acronyms 56 Bibliography 58 A Contents of the enclosed CD 61

Unified Extensible Firmware Interface (UEFI) is an industry standard for implementing the basic firmware in the computers. This standard replaces BIOS. A huge amount of C code has been written for the implementation of UEFI. Yet there has been a very little focus on testing UEFI code. The thesis shows how the industry can perform a meaningful testing of UEFI. Spanning the test coverage with the help of test tools over all UEFI phases is a key objective. Moreover, techniques such as Test Driven Development and source code analysis are explained in terms of UEFI to make sure the bugs are minimized in the first place. The results show that the usage of test and analysis tools point to a large number of issues. Some of these issues can be fixed at a very early stage in the Software Development Life Cycle. For this reason the developers and testers should be convinced that they need to focus on testing UEFI from a software perspective.