Zugl.: Hamburg-Harburg, Techn. Univ., Diss., 2008

Zugl.: Braunschweig, Techn. Univ., Diss., 2008

Techn. Hochsch., Diss., 2000--Aachen.

Techn. University, Diss., 2001--Berlin.

Der vorliegende Band der wissenschaftlichen Schriftenreihe Eingebettete Selbstorganisierende Systeme widmet sich der Optimierung von Hardware Emulatoren durch die Anwendung von Methoden der partiellen Laufzeitrekonfiguration. An aktuelle Schaltkreis- und Systementwürfe werden zunehmend divergente Anforderungen gestellt. Einer sehr kurzen Entwicklungszeit für eine schnelle Markteinführung steht, um teure und aufwändige Re-Desings zu verhindern, eine möglichst umfangreiche Testabdeckung des Entwurfs gegenüber. Um die Zeit für die Tests zu reduzieren, kommen überwiegend FPGA-basierte HW-Emulatoren zum Einsatz. Durch den Einfluss der steigenden Komplexität aktueller Entwürfe auf die Emulator-Plattform reduziert sich jedoch signifikant die Performance der Emulatoren. Die in Emulatoren eingesetzten FPGAs sind aber zunehmend partiell zur Laufzeit rekonfigurierbar. Der in der vorliegenden Arbeit umgesetzte Ansatz behandelt die Anwendung von Methoden der Laufzeitrekonfiguration auf dem Gebiet der Hardware-Emulation. Dafür ist zunächst eine Partitionierung des zu testenden Entwurfs in möglichst funktional unabhängige Systemteile notwendig. Für eine optimierte und ressourceneffiziente Platzierung der einzelnen HW-Module während der Emulation, ist ein ebenfalls auf dem FPGA platziertes Kommunikationsnetzwerk implementiert. Der vorgestellte Ansatz wird an verschiedenen Beispielen anschaulich illustriert. So kann der Leser die Mächtigkeit der entwickelten Methodik nachvollziehen und wird motiviert, das Verfahren auch auf weitere Anwendungsfälle zu übertragen. / Current circuit and system designs consist a lot of gate numbers and divergent requirements. In contrast to a short development and time to market schedule, the needs for perfect test coverage and quality are rising. One approach to cover this problem is the FPGA based functional test of electronic circuits. State of the art FPGA platforms doesn't consist enough gates to support fully custom designs. The thesis catches this problem and gives some approaches to use partial dynamic reconfiguration to solve the size problem. A fully automated design flow demonstrates partial partitioning of designs, modifications to use dynamic reconfiguration and its schedule. At the end of the work, some examples demonstrates the power of the approach.

With increasing number of applications in Internet and mobile environments, distributed software systems are demanded to be more powerful and flexible, especially in terms of dynamism and security. This dissertation describes my work concerning three aspects: dynamic reconfiguration of component software, security control on middleware applications, and web services dynamic composition. <br><br> Firstly, I proposed a technology named Routing Based Workflow (RBW) to model the execution and management of collaborative components and realize temporary binding for component instances. The temporary binding means component instances are temporarily loaded into a created execution environment to execute their functions, and then are released to their repository after executions. The temporary binding allows to create an idle execution environment for all collaborative components, on which the change operations can be immediately carried out. The changes on execution environment will result in a new collaboration of all involved components, and also greatly simplifies the classical issues arising from dynamic changes, such as consistency preserving etc. <br><br> To demonstrate the feasibility of RBW, I created a dynamic secure middleware system - the Smart Data Server Version 3.0 (SDS3). In SDS3, an open source implementation of CORBA is adopted and modified as the communication infrastructure, and three secure components managed by RBW, are created to enhance the security on the access of deployed applications. SDS3 offers multi-level security control on its applications from strategy control to application-specific detail control. For the management by RBW, the strategy control of SDS3 applications could be dynamically changed by reorganizing the collaboration of the three secure components. <br><br> In addition, I created the Dynamic Services Composer (DSC) based on Apache open source projects, Apache Axis and WSIF. In DSC, RBW is employed to model the interaction and collaboration of web services and to enable the dynamic changes on the flow structure of web services. <br><br> Finally, overall performance tests were made to evaluate the efficiency of the developed RBW and SDS3. The results demonstrated that temporary binding of component instances makes slight impacts on the execution efficiency of components, and the blackout time arising from dynamic changes can be extremely reduced in any applications. / Heutige Softwareanwendungen fuer das Internet und den mobilen Einsatz erfordern bezueglich Funktionalitaet und Sicherheit immer leistungsstaerkere verteilte Softwaresysteme. Diese Dissertation befasst sich mit der dynamischen Rekonfiguration von Komponentensoftware, Sicherheitskontrolle von Middlewareanwendungen und der dynamischen Komposition von Web Services. <br><br> Zuerst wird eine Routing Based Workflow (RBW) Technologie vorgestellt, welche die Ausfuehrung und das Management von kollaborierenden Komponenten modelliert, sowie fuer die Realisierung einer temporaeren Anbindung von Komponenteninstanzen zustaendig ist. D.h., Komponenteninstanzen werden zur Ausfuehrung ihrer Funktionalitaet temporaer in eine geschaffene Ausfuehrungsumgebung geladen und nach Beendigung wieder freigegeben. Die temporaere Anbindung erlaubt das Erstellen einer Ausfuehrungsumgebung, in der Rekonfigurationen unmittelbar vollzogen werden koennen. Aenderungen der Ausfuehrungsumgebung haben neue Kollaborations-Beziehungen der Komponenten zufolge und vereinfachen stark die Schwierigkeiten wie z.B. Konsistenzerhaltung, die mit dynamischen Aenderungen verbunden sind. <br><br> Um die Durchfuehrbarkeit von RBW zu demonstrieren, wurde ein dynamisches, sicheres Middleware System erstellt - der Smart Data Server, Version 3 (SDS3). Bei SDS3 kommt eine Open Source Softwareimplementierung von CORBA zum Einsatz, die modifiziert als Kommunikationsinfrasturkutur genutzt wird. Zudem wurden drei Sicherheitskomponenten erstellt, die von RBW verwaltet werden und die Sicherheit beim Zugriff auf die eingesetzten Anwendungen erhoehen. SDS3 bietet den Anwendungen Sicherheitskontrollfunktionen auf verschiedenen Ebenen, angefangen von einer Strategiekontrolle bis zu anwendungsspezifischen Kontrollfunktionen. Mittels RBW kann die Strategiekontrolle des SDS3 dynamisch durch Reorganisation von Kollabortions-Beziehungen zwischen den Sicherheitskomponenten angepasst werden. <br><br> Neben diesem System wurde der Dynamic Service Composer (DSC) implementiert, welcher auf den Apache Open Source Projekten Apache Axis und WSIF basiert. Im DSC wird RBW eingesetzt, um die Interaktion und Zusammenarbeit von Web Services zu modellieren sowie dynamische Aenderungen der Flussstruktur von Web Services zu ermoeglichen. <br><br> Nach der Implementierung wurden Performance-Tests bezueglich RBW und SDS3 durchgefuehrt. Die Ergebnisse der Tests zeigen, dass eine temporaere Anbindung von Komponenteninstanzen nur einen geringen Einfluss auf die Ausfuehrungseffizienz von Komponeten hat. Ausserdem bestaetigen die Testergebnisse, dass die mit der dynamischen Rekonfiguration verbundene Ausfallzeit extrem niedrig ist.

The constantly growing capacity of reconfigurable devices allows simultaneous execution of complex applications on those devices. The mere diversity of applications deems it impossible to design an interconnection network matching the requirements of every possible application perfectly, leading to suboptimal performance in many cases. However, the architecture of the interconnection network is not the only aspect affecting performance of communication. The resource manager places applications on the device and therefore influences latency between communicating partners and overall network load. Communication protocols affect performance by introducing data and processing overhead putting higher load on the network and increasing resource demand. Approaching communication holistically not only considers the architecture of the interconnect, but communication-aware resource management, communication protocols and resource usage just as well. Incorporation of different parts of a reconfigurable system during design- and runtime and optimizing them with respect to communication demand results in more resource efficient communication. Extensive evaluation shows enhanced performance and flexibility, if communication on reconfigurable devices is regarded in a holistic fashion. / Die Leistungsfähigkeit rekonfigurierbarer Rechensysteme steigt kontinuierlich und ermöglicht damit die parallele Ausführung von immer mehr und immer größeren Anwendungen. Die Vielfalt an Anwendungen macht es allerdings unmöglich ein optimales Kommunikationsnetzwerk zu entwickeln, welches die Anforderung jeder denkbaren Anwendung berücksichtigt. Die Performanz des rekonfigurierbaren Rechensystems sinkt. Das Kommunikationsnetzwerk ist jedoch nicht der einzige Teil des Systems, der Einfluss auf die Kommunikation- sperformanz nimmt. Die Ressourcenverwaltung des Systems beeinflusst durch die Platzierung der Anwendungen die Latenz zwischen Kommunikationspartnern und die Kommunikationslast im Netzwerk. Kommunikationsprotokolle beeinträchtigen die Performanz der Kommunikation durch Daten und Rechen- overhead, die ebenso zu erhöhter Netzwerklast sowie Ressourcenanforderungen führen. In einem ganzheitlichen Kommunikationsansatz wird nicht nur das Kommunikationsnetzwerk berücksichtigt, sondern außerdem Ressourcenverwaltung, Kommunikationsprotokolle und die anderweitige Verwendung vorhandener, temporär ungenutzter Kommunikationsressourcen. Durch Einbeziehung dieser Aspekte während Entwurfs- und Laufzeit und durch Optimierung unter Berücksichtigung der Kommunikationsanforderungen, wird eine ressourceneneffizien tere Kommunikation erreicht. Ausführliche Evaluationen zeigen, dass eine ganzheitliche Betrachtung von Kommunikationsfaktoren, Verbesserungen von Performanz und Flexibilität erzielt.

Zugl.: Erlangen, Nürnberg, Univ., Diss., 2006

Zugl.: Hamburg, Techn. Univ., Diss., 2008

Techn. University, Diss., 2004--Berlin.