Chemnitz, Techn. Univ., Diss., 2007. / Zugl. ersch. bei TUDpress, Dresden: Wissenschaftliche Schriftenreihe Eingebettete, Selbstorganisierende Systeme, Bd. [6]; (ISBN 978-3-940046-60-4).

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.

Mit sinkenden Strukturgrößen in der Mikroelektronik steigt die Wahrscheinlichkeit für transiente Störeffekte durch elektromagnetische Kopplung und durch Partikel-Strahlung an. Damit wird die gezielte Härtung kritischer Schaltungsteile oder die Implementierung von Fehlertoleranz-Eigenschaften notwendig. Speicherzellen, Latches und Flip-Flops gelten als besonders gefährdet. Fehlertolerant aufgebaute Latches und Flip-Flops benötigen stets mehrere Speicherelemente. Damit liegt die Möglichkeit nahe, Scan-Pfad-Elemente aufzubauen, die auch dynamische Tests unterstützen können.

Thesis (doctoral)--Universität Karlsruhe, 1999.

Darmstadt, Techn. University, Diss., 2006.

In Premium-Fahrzeugen werden derzeit ca. 60-70 Steuergeräte (SG) verbaut. Steuergeräte sind „eingebettete Systeme“ und stellen die zentralen Rechen- und Steuereinheiten für die elektrischen und elektronischen Systeme im Fahrzeug dar. Mit Hilfe der Steuergeräte, die über Bus-Systeme (z.B. CAN-Bus) miteinander vernetzt sind, können komplexe Funktionen realisiert werden. Das Motor- Steuergerät ist eines der bekanntesten. Der steigende Innovationsgrad im Elektrik- / Elektronik- Umfeld zwingt die Autohersteller, in immer kürzeren Zeitabständen, neue Steuergeräte mit höherer Rechenleistung und neuen Funktionen zu entwickeln. Aufgrund der steigenden Anzahl von Steuergeräten, spielt deren Rückwärtskompatibilität eine immer wichtigere Rolle.

Die neu ins Leben gerufene Schriftenreihe EINGEBETTETE, SELBSTORGANISIERENDE SYSTEME (ESS) widmet sich einer sehr aktuellen Thematik der Technischen Informatik. Seit Jahren durchdringen eingebettete Systeme unseren Alltag in fast allen Lebensbereichen. Angefangen von automatisierten Türöffnungssystemen, über komplex gesteuerte Servicemaschinen, z.B. Waschmaschinen, bis hin zu mobilen, persönlich zugeordneten Systemen wie Mobiltelefone und Handheld-Computer sind eingebettete Systeme zur Selbstverständlichkeit geworden. Der Aspekt der rekonfigurierbaren Schnittstellen zwischen einzelnen Komponenten eingebetteter Systeme wird in diesem ersten Band aufgegriffen. Der erste Beitrag befasst sich mit der systematischen Modellierung von Schnittstellen. Zunächst werden aktive Tasks und Kommunikationsmedien unterschieden sowie die Parameter der Zielarchitektur in den Entwurfsprozess für Schnittstellen eingebracht. Darauf aufbauend wird eine systematische Konzeption von Schnittstellen vorgestellt und bewertet. Der zweite Beitrag betrachtet das Problem der Rekonfigurierung von Schnittstellen zur Gewährleistung von sicherer Funktionalität, auch im Fehlerfall. Die Fehlererkennung und –behandlung werden von der erweiterten Schnittstelle implementiert. In dem dritten Beitrag untersucht Marcel Flade Schnittstellen in Hardware/Software-Systemen. Dabei stellt sich das Problem, die Kontrolle über die Funktionalität der Schnittstelle auf den Software- und Hardwareteil aufzuteilen. Die Beiträge werden durch eine vollständige Implementierung eines Beispiels und eines Werkzeugs zur automatisierten Generierung der VHDL-Implementierung abgerundet. Mit diesen ausgewählten Arbeiten, die in den ersten Band dieser wissenschaftlichen Schriftenreihe aufgenommen sind, werden dem Leser grundlegende Aspekte rekonfigurierbarer Schnittstellen für eingebettete, selbstorganisierende Systeme vorgestellt.

Die jedes Frühjahr stattfindende »Dresdner Arbeitstagung Schaltungs- und Systementwurf« wird traditionell vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen, Institutsteil Entwurfsautomatisierung (EAS) und vom Sächsischen Arbeitskreis Informationstechnik des VDE Bezirksvereins Dresden ausgerichtet. Die Arbeitstagung hat bereits eine über 30-jährige Tradition und wird von Wissenschaftlern aus Forschungsinstituten und Ingenieuren aus der Industrie für einen regen fachlichen Austausch genutzt. Gegenstand der Tagung sind aktuelle Ergebnisse und neue Erkenntnisse aus Forschung und Entwicklung sowie Erfahrungsberichte und Problemdiskussionen auf dem Gebiet des Entwurfs analoger, digitaler und hybrider Systeme. Das Tagungsprogramm bietet den Teilnehmern wieder interessante Beiträge über neue Lösungen zum Entwurf komplexer Schaltungen und Systeme, die auch Themen wie Rekonfigurierbarkeit, Architekturen, Performance, Hardware-Software, Test und Optimierung behandeln. Begleitend zur Tagung wird von der Firma Mentor Graphics ein Workshop zum Thema »Advanced Verification Methodology« angeboten. Hier werden an einem Beispiel die Vorteile der zukünftigen Design Verifikation mit System Verilog und Assertions erläutert. Der vorliegende Tagungsband enthält die Langfassungen der Beiträge, für deren Form und Inhalt die Autoren verantwortlich sind. Als Veranstalter bedanken wir uns bei den Autoren für die Bereitstellung dieser Beiträge, die als Grundlage für die fachlichen Diskussionen dienen, und bei den Teilnehmern für ihr Interesse an unserer Arbeitstagung.

Diese Schriftenreihe präsentiert wissenschaftliche Arbeiten zum Entwurf und zur Selbstorganisation von eingebetteten Systemen. In dem ersten Band dieser Schriftenreihe liegt der Fokus auf der Konzeption von „Rekonfigurierbaren Schnittstellen“. Der vorliegende zweite Band stellt eine vollständige Methodik für die Adaptierung von inkompatiblen Schnittstellen in komplexen, verteilten, eingebetteten Systemen vor. Diese Methodik wird als Interface Synthese (IFS) bezeichnet. In den vier Beiträgen werden im Einzelnen die Modellierung, die Analyse und Optimierung sowie die Codegenerierung als methodische Entwurfsschritte untersucht. Der erste Beitrag behandelt die Modellierung von komplexen Kommunikationssystemen als ersten Schritt des Interface Synthesis Design Flows. Es wird ein UML2.0 Profil sowie dessen Transformation in das Synthesewerkzeug vorgestellt. Die zwei folgenden Beiträge befassen sich mit der Analyse und Optimierung der Schnittstellensynthese. Der erste Ansatz basiert auf der Optimierung der Ausführungspipeline, während der zweite Ansatz eine globale Optimierung durch partitionierendes Clustering in Verbindung mit benutzerspezifischen Protokollen anwendet. Der vierte Beitrag greift die Codegenerierung und somit den letzten Schritt des Interface Synthesis Design Flows auf. Es wird ein dedizierter VHDL-Codegenerator vorgestellt, der insbesondere die Rekonfigurierbarkeit der Schnittstelle unterstützt.

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.