Thesis (doctoral)--Universität, Konstanz, 2001. / Includes bibliographical references (p. [283]-290) and index. Also available via the World Wide Web.

Der vorliegende Band der wissenschaftlichen Schriftenreihe Eingebettete Selbstorganisierende Systeme widmet sich dem Entwurf von verteilten Eingebetteten Systemen. Einsatzgebiete solcher Systeme sind unter anderem Missions- und Steuerungssysteme von Flugzeugen (Aerospace-Anwendungen) und , mit zunehmender Vernetzung, der Automotive Bereich. Hier gilt es höchste Sicherheitsstandards einzuhalten und maximale Verfügbarkeit zu garantieren. In dieser Arbeit wird diese Problematik frühzeitig im Entwurfsprozess, in der Spezifikationsphase, aufgegriffen. Es werden Implementierungsvarianten wie Hardware und Software sowie Systemkomponenten wie Berechungskomponenten und Kommunikationskomponenten unterschieden. Für die übergreifende Spezifikation wird auf Grundlage des π-Kalküls ein formales Framework, das eine einheitliche Modellierung von Teilsystemen in den unterschiedlichen Entwurfsphasen unterstützt, entwickelt. Besonderer Schwerpunkt der Untersuchungen von Herrn Förster liegt auf Erweiterungen von Systemspezifikationen. So wird es möglich, Teilkomponenten zu verändern oder zu substituieren und die Gesamtspezifikation auf Korrektheit und Konsistenz automatisiert zu überprüfen. / This volume of the scientific series Eingebettete, selbstorganisierende Systeme (Embedded Self-Organized Systems) gives an outline of the design of distributed embedded systems. Fields of application for such systems are, amongst others, mission systems and control systems of airplanes (aeronautic applications) and - with increasing level of integration - also the automotive area. In this area it is essential to meet highest safety standards and to ensure the maximum of availability. Mr Förster addresses these problems in an early state of the design process, namely the specification. Implementation versions like hardware and software are differentiated as well as system components like computation components and communication components. For a general specification Mr Förster develops a formal framework based on the pi-calculus, which supports a standardised modelling of modules in different design steps. The main focus of Mr Förster's research is the extension of system specifications. Therefore it will be possible to modify or substitute modules and to check automatically the correctness and consistency of the total specification. Mr Förster can prove the correctness of his approach and demonstrates impressively the complexity by clearly defined extension relations and formally verifiable embedding in the pi-calculus formalism. A detailed example shows the practical relevance of this research. I am glad that Mr Förster publishes his important research in this scientific series. So I hope you will enjoy reading it and benefit from it.

Der vierte Band der wissenschaftlichen Schriftenreihe Eingebettete Selbstorganisierende Systeme widmet sich der Entwicklung von Fehlermodellen für eingebettete, verteilte Multi – Prozessorsysteme. Diese werden zu einem hierarchischen Netzwerk zur Steuerung von Flugzeugen (Avionik) verbunden und mehr und mehr im Automotive Bereich eingesetzt. Hier gilt es höchste Sicherheitsstandards einzuhalten und maximale Verfügbarkeit zu garantieren. Herr Fischer integriert die Modellierung von möglichen Fehlern in den Entwurfsprozess. Auf Grundlage des π-Kalküls entwickelt Herr Fischer ein formales Fehlermodell, das eine einheitliche Modellierung von Fehlerfällen unterstützt. Dabei werden interessante Bezüge zur Bi-Simulation sowie zu Methoden des Modell Checkings hergestellt. Die theoretischen Ergebnisse werden an einem komplexen Beispiel anschaulich illustriert. So kann der Leser die Mächtigkeit des entwickelten Ansatzes nachvollziehen und wird motiviert, die entwickelte Methodik auf weitere Anwendungsfälle zu übertragen. / The 4th volume of the scientific series Eingebettete, selbstorganisierende Systeme (Embedded Self-Organized Systems) outlines the design of fault models for embedded distributed multi processor systems. These multi processor systems will be connected to a hierarchical network to control airplanes (avionics) and also be used more and more in the automotive area. Here it is essential to meet highest safety standards and to ensure the maximum of availability. Mr Fischer integrates the modelling of potential faults into the design process. Based on the pi-calculus, he develops a formal framework, which supports a standardised modelling of faults. Thereby, interesting connections to the Bi-Simulation as well as to methods of the Model checking are established. The theoretical results are depicted on a complex example. So it is possible for the reader to understand the complexity of this approach and is motivated to use the developed methodology in other applications. I am glad that Mr Fischer publishes his important research in this scientific series.

Verteilte, Eingebettete Systeme beeinflussen unser tägliches Leben in unzähligen Bereichen. Getrieben durch technologische Weiterentwicklungen und neue Nutzungsprofile nimmt der Vernetzungsgrad elektronischer Geräte rapide zu. Neben einem ausgeprägten Netzwerkcharakter sind aktuelle und zukünftige Anwendungsszenarien wesentlich durch einen hohen Mobilitätsgrad geprägt. Daraus ergeben sich zunehmend Problemstellungen bzgl. geeigneter Kommunikationskonzepte und der hierfür benötigten Energieressourcen. Dieses Buch befasst sich mit Technologien, Konzepten und Protokollen zur energieeffizienten Kommunikation in verteilten, ressourcenbeschränkten Systemen. Es definiert grundlegende Begrifflichkeiten und vermittelt einen umfassenden Einblick in die verschiedenen Forschungsschwerpunkte. Relevante, technologische Entwicklungen der beiden letzten Dekaden werden vorgestellt, thematisch eingeordnet und kritisch analysiert. Anschließend erfolgt die funktional getrennte Betrachtung von Kommunikationsprozessen auf Netzwerk-, Daten- sowie Energiemanagementebene. Darauf aufbauend widmet sich das Buch der Systemintegration und damit einhergehend dem komplexen Systemkonfigurationsprozess. Unter Berücksichtigung applikationsspezifischer Rahmenbedingungen sowie funktionaler Anforderungen werden gezielt geeignete Optimierungsstrategien ausgewählt und in einer ganzheitlich angepassten Systemarchitektur kombiniert. Erst durch das präzise Zusammenspiel von Kommunikationsparadigma, Kommunikationstechnologien und Kommunikationsprotokollen entsteht ein optimiertes Gesamtsystem, welches die zur Verfügung stehenden Ressourcen effizient nutzt. Zur Bewertung kommt ein neu entwickeltes, erweitertes Quantifizierungsmodell zum Einsatz, welches die kommunikativen Aspekte verteilter Applikationsszenarien vollständig einbezieht. Im Rahmen umfangreicher Fallstudien werden ausgewählte Optimierungsverfahren simulativ sowie auf Basis unterschiedlicher Hardwareplattformen evaluiert. Aus den Ergebnissen resultieren qualitative und quantitative Rückschlüsse auf das mögliche Optimierungspotential unter realen Einsatzbedingungen. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen als wichtige Richtgrößen für zukünftige Entwicklungen im Bereich eingebetteter, ressourcenbeschränkter Kommunikationssysteme. / Embedded systems are used in almost every domain of our daily lives. Actual research and development activities focus on wireless connected and mobile system architectures. The resulting network topologies represent embedded, distributed systems, which are able to process complex tasks in a collaborative way. Most of the respective hardware platforms are energy self-sufficient with strongly limited resources for data processing, data storage and communication. With focus on the energy resources, communication tasks have a huge impact on the systems power consumption. In order to optimise the energy efficiency of these communication tasks, one key challenge for engineers is the application-specific integration of adapted communication concepts, radio technologies, and protocol stacks into an all-embracing communication architecture. This book critically discusses energy efficiency in distributed, embedded systems with focus on the communication aspects. The first part introduces basic definitions as well as a novel estimation model for quantifying energy efficiency on both local (system) and global (network) layer. In the second part, this book proposes several optimisation approaches for energy-efficient, resource-limited communication systems. This include hardware approaches as well as software approaches to optimise the runtime environment and the data processing tasks. Each approach operates on different abstraction layers within the system architecture. The last part of the book deals with the evaluation of specific optimisation strategies under real-world conditions. The test cases includes simulation scenarios as well as hardware test benches within a heterogeneous network environment. The respective results and analyses represent important guidelines for future developments in field of distributed, embedded communication platforms.

Verteilte, Eingebettete Systeme beeinflussen unser tägliches Leben in unzähligen Bereichen. Getrieben durch technologische Weiterentwicklungen und neue Nutzungsprofile nimmt der Vernetzungsgrad elektronischer Geräte rapide zu. Neben einem ausgeprägten Netzwerkcharakter sind aktuelle und zukünftige Anwendungsszenarien wesentlich durch einen hohen Mobilitätsgrad geprägt. Daraus ergeben sich zunehmend Problemstellungen bzgl. geeigneter Kommunikationskonzepte und der hierfür benötigten Energieressourcen. Dieses Buch befasst sich mit Technologien, Konzepten und Protokollen zur energieeffizienten Kommunikation in verteilten, ressourcenbeschränkten Systemen. Es definiert grundlegende Begrifflichkeiten und vermittelt einen umfassenden Einblick in die verschiedenen Forschungsschwerpunkte. Relevante, technologische Entwicklungen der beiden letzten Dekaden werden vorgestellt, thematisch eingeordnet und kritisch analysiert. Anschließend erfolgt die funktional getrennte Betrachtung von Kommunikationsprozessen auf Netzwerk-, Daten- sowie Energiemanagementebene. Darauf aufbauend widmet sich das Buch der Systemintegration und damit einhergehend dem komplexen Systemkonfigurationsprozess. Unter Berücksichtigung applikationsspezifischer Rahmenbedingungen sowie funktionaler Anforderungen werden gezielt geeignete Optimierungsstrategien ausgewählt und in einer ganzheitlich angepassten Systemarchitektur kombiniert. Erst durch das präzise Zusammenspiel von Kommunikationsparadigma, Kommunikationstechnologien und Kommunikationsprotokollen entsteht ein optimiertes Gesamtsystem, welches die zur Verfügung stehenden Ressourcen effizient nutzt. Zur Bewertung kommt ein neu entwickeltes, erweitertes Quantifizierungsmodell zum Einsatz, welches die kommunikativen Aspekte verteilter Applikationsszenarien vollständig einbezieht. Im Rahmen umfangreicher Fallstudien werden ausgewählte Optimierungsverfahren simulativ sowie auf Basis unterschiedlicher Hardwareplattformen evaluiert. Aus den Ergebnissen resultieren qualitative und quantitative Rückschlüsse auf das mögliche Optimierungspotential unter realen Einsatzbedingungen. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen als wichtige Richtgrößen für zukünftige Entwicklungen im Bereich eingebetteter, ressourcenbeschränkter Kommunikationssysteme. / Embedded systems are used in almost every domain of our daily lives. Actual research and development activities focus on wireless connected and mobile system architectures. The resulting network topologies represent embedded, distributed systems, which are able to process complex tasks in a collaborative way. Most of the respective hardware platforms are energy self-sufficient with strongly limited resources for data processing, data storage and communication. With focus on the energy resources, communication tasks have a huge impact on the systems power consumption. In order to optimise the energy efficiency of these communication tasks, one key challenge for engineers is the application-specific integration of adapted communication concepts, radio technologies, and protocol stacks into an all-embracing communication architecture. This book critically discusses energy efficiency in distributed, embedded systems with focus on the communication aspects. The first part introduces basic definitions as well as a novel estimation model for quantifying energy efficiency on both local (system) and global (network) layer. In the second part, this book proposes several optimisation approaches for energy-efficient, resource-limited communication systems. This include hardware approaches as well as software approaches to optimise the runtime environment and the data processing tasks. Each approach operates on different abstraction layers within the system architecture. The last part of the book deals with the evaluation of specific optimisation strategies under real-world conditions. The test cases includes simulation scenarios as well as hardware test benches within a heterogeneous network environment. The respective results and analyses represent important guidelines for future developments in field of distributed, embedded communication platforms.

1 INTRODUCTION With the increasing capabilities of today’s smart phones, the demand of consumers for new applications has risen dramatically. By opening up these smart phones and providing third parties the opportunity to develop “apps” for their systems, producers like Apple and platform owners like Google can offer much more value to their customers. As smart phones are one kind of embedded systems (ES), the question arises if similar development can also take place in other kinds of embedded systems. ES, consisting of hardware and software, are embedded in a device to realize a specific function, in contrast to personal computers, which serve multiple purposes [4,30]. The notion of incorporating external actors in the innovation process has been coined open innovation which has become increasingly popular in research and practice since Chesbrough introduced the term in 2003 [12]. By opening up their innovation processes for external actors, firms could benefit from internal as well as from external ideas. In this paper, the notion of open innovation will be explored in the context of ES. The case of ES is particularly interesting, as it requires not only the opening of innovation processes, but also the opening of the embedded system itself. Some of these platforms are opened only to a small degree like Apple’s iPhone, in order to enable others to create new applications for it. Similar developments also take place for example in the automotive software domain, especially concerning infotainment systems. However, most kinds of ES have been spared out by this development until now. As more than 98% of all chips manufactured are used for ES [10] and high-performing computer chips are getting cheaper [38], opening considerations could also prove valuable for a large number of other application domains. However, opening up innovation processes in the context of ES is challenging from both an organizational and technical perspective. First of all, embedded systems are subject to a variety of constraints in contrast to multi-purpose computing devices, like realtime and security constraints or costs and resource constraints. Second, ES are quite diverse both in their composition and in terms on their requirements. In this paper, we want to explore, how the different properties of embedded systems influence possible open innovation processes. This will be done by drawing on to the characteristics of firms implementing the three core open innovation processes suggested by Gassmann and Enkel (2004) [15] and conceptually explaining how the characteristics of ES enable or hinder open innovation processes. As a result, a classification of the OI processes in terms of ES characteristics is provided.

Der vorliegende Band der wissenschaftlichen Schriftenreihe Eingebettete Selbstorganisierende Systeme widmet sich dem Entwurf von verteilten Eingebetteten Systemen. Einsatzgebiete solcher Systeme sind unter anderem Missions- und Steuerungssysteme von Flugzeugen (Aerospace-Anwendungen) und , mit zunehmender Vernetzung, der Automotive Bereich. Hier gilt es höchste Sicherheitsstandards einzuhalten und maximale Verfügbarkeit zu garantieren. In dieser Arbeit wird diese Problematik frühzeitig im Entwurfsprozess, in der Spezifikationsphase, aufgegriffen. Es werden Implementierungsvarianten wie Hardware und Software sowie Systemkomponenten wie Berechungskomponenten und Kommunikationskomponenten unterschieden. Für die übergreifende Spezifikation wird auf Grundlage des π-Kalküls ein formales Framework, das eine einheitliche Modellierung von Teilsystemen in den unterschiedlichen Entwurfsphasen unterstützt, entwickelt. Besonderer Schwerpunkt der Untersuchungen von Herrn Förster liegt auf Erweiterungen von Systemspezifikationen. So wird es möglich, Teilkomponenten zu verändern oder zu substituieren und die Gesamtspezifikation auf Korrektheit und Konsistenz automatisiert zu überprüfen. / This volume of the scientific series Eingebettete, selbstorganisierende Systeme (Embedded Self-Organized Systems) gives an outline of the design of distributed embedded systems. Fields of application for such systems are, amongst others, mission systems and control systems of airplanes (aeronautic applications) and - with increasing level of integration - also the automotive area. In this area it is essential to meet highest safety standards and to ensure the maximum of availability. Mr Förster addresses these problems in an early state of the design process, namely the specification. Implementation versions like hardware and software are differentiated as well as system components like computation components and communication components. For a general specification Mr Förster develops a formal framework based on the pi-calculus, which supports a standardised modelling of modules in different design steps. The main focus of Mr Förster's research is the extension of system specifications. Therefore it will be possible to modify or substitute modules and to check automatically the correctness and consistency of the total specification. Mr Förster can prove the correctness of his approach and demonstrates impressively the complexity by clearly defined extension relations and formally verifiable embedding in the pi-calculus formalism. A detailed example shows the practical relevance of this research. I am glad that Mr Förster publishes his important research in this scientific series. So I hope you will enjoy reading it and benefit from it.

Der vierte Band der wissenschaftlichen Schriftenreihe Eingebettete Selbstorganisierende Systeme widmet sich der Entwicklung von Fehlermodellen für eingebettete, verteilte Multi – Prozessorsysteme. Diese werden zu einem hierarchischen Netzwerk zur Steuerung von Flugzeugen (Avionik) verbunden und mehr und mehr im Automotive Bereich eingesetzt. Hier gilt es höchste Sicherheitsstandards einzuhalten und maximale Verfügbarkeit zu garantieren. Herr Fischer integriert die Modellierung von möglichen Fehlern in den Entwurfsprozess. Auf Grundlage des π-Kalküls entwickelt Herr Fischer ein formales Fehlermodell, das eine einheitliche Modellierung von Fehlerfällen unterstützt. Dabei werden interessante Bezüge zur Bi-Simulation sowie zu Methoden des Modell Checkings hergestellt. Die theoretischen Ergebnisse werden an einem komplexen Beispiel anschaulich illustriert. So kann der Leser die Mächtigkeit des entwickelten Ansatzes nachvollziehen und wird motiviert, die entwickelte Methodik auf weitere Anwendungsfälle zu übertragen. / The 4th volume of the scientific series Eingebettete, selbstorganisierende Systeme (Embedded Self-Organized Systems) outlines the design of fault models for embedded distributed multi processor systems. These multi processor systems will be connected to a hierarchical network to control airplanes (avionics) and also be used more and more in the automotive area. Here it is essential to meet highest safety standards and to ensure the maximum of availability. Mr Fischer integrates the modelling of potential faults into the design process. Based on the pi-calculus, he develops a formal framework, which supports a standardised modelling of faults. Thereby, interesting connections to the Bi-Simulation as well as to methods of the Model checking are established. The theoretical results are depicted on a complex example. So it is possible for the reader to understand the complexity of this approach and is motivated to use the developed methodology in other applications. I am glad that Mr Fischer publishes his important research in this scientific series.

In this paper we present a dataflow processor architecture based on [1], which is driven by controlflow generated tokens. We will show the special properties of this architecture with regard to scalability, extensibility, and parallelism. In this context we outline the application scope and compare our approach with related work. Advantages and disadvantages will be discussed and we suggest solutions to solve the disadvantages. Finally an example of the implementation of this architecture will be given and we have a look at further developments. We believe the features of this basic approach predestines the architecture especially for embedded systems and system on chips.

Bei der Entwickelung von System-on-Chip (SoC) Debuggern ist es leider hinreichend oft erforderlich den Debugger selbst auf mögliche Fehler zu untersuchen. Da alle ernstzunehmenden Debugger konstruktionsbedingt selbst ein eingebettetes System darstellen, erwächst die Notwendigkeit eine einfache und sicher kontrollierbare Diagnose-Hardware zu entwerfen, welche den Zugang zur Funktionsweise des Debuggers über seine Ausgänge erschließt. Derzeitig ist der Test Access Port (TAP nach IEEE 1149.1-Standard) für viele Integratoren die Grundlage für den Zugriff auf ihre instanzierte Hardware. Selbst in forschungsorientierten Multi- Core System-on-Chip Architekturen wie dem ARM11MP der Firma ARM wird dieses Verfahren noch immer eingesetzt. In unserem Beitrag möchten wir ein Spezialwerkzeug zur Analyse des TAPKommunikationsprotokolles vorstellen, welches den Einsatz teurer Analysetechnik (Logik- Analysatoren) unnötig werden lässt und darüber hinaus eine komfortable, weitergehende Unterstützung für Multi-Core-Systeme bietet. Aufbauend auf der Problematik der Abtastung und Erfassung der Signalzustände am TAP mittels FPGA wird auf die verschiedenen Visualisierungs- und Analyseaspekte der TAPProtokollphasen in einer Multi-Core-Prozessor-Zielsystemumgebung eingegangen. Die hier vorgestellte Lösung ist im Rahmen eines FuE-Verbundprojektes enstanden. Das Vorhaben wird im Rahmen der Technologieförderung mit Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) 2000-2006 und mit Mitteln des Freistaates Sachsen gefördert.