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.

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.

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.

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.

Die Informatik ist von besonderer Bedeutung für die Gestaltung unser alltäglichen Lebensumstände und ist eine Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts. Die Fakultät für Informatik vertritt dieses Fachgebiet umfassend und kompetent mit anwendungsorientierten Schwerpunktsetzungen. In unseren Forschungsschwerpunkten - Eingebettete selbstorganisierende Systeme - Intelligente multimediale Systeme - Parallele verteilte Systeme bieten wir international wettbewerbsfähige Forschung und Entwicklung zu aktuellen Problemstellungen. Unsere Lehre basiert auf dem Leitmotiv der beständigen Erneuerung aus der Forschung. Hieraus abgeleitet bieten wir zeitgemäße Bachelor- und Masterstudiengänge mit hervorragenden Studienbedingungen. Die Fakultät hat den Anspruch eines möglichst persönlichen Umgangs zwischen Lehrkörper und Studenten. Mit der Schriftenreihe „Chemnitzer Informatik Berichte“ geben wir Einblicke in die Forschungspraxis der Fakultät. Dabei werden unterschiedliche Forschungsthemen aus den drei Forschungsschwerpunkten und allen Professuren der Fakultät vorgestellt. / Computer science, as a key technology of the 21th century, has an exceptional impact on our everyday life and living standards. The Faculty of Computer Science represents this scientific field in a comprehensive and proficient manner with an application-orientated choice of topics. In the fields of - Embedded and self-organizing systems - Intelligent multimedia systems - Parallel and distributed systems we offer research and development for current problems and challenges on an internationally competitive level. The guiding principle of our education is the continuous innovation through advances in research. Consequently, we are able to provide modern Bachelor and Master programs with excellent academic conditions. The faculty strives to provide a maximally personal interaction between students and staff. With the series of publications „Chemnitz Computer Science Reports“ we give insigths into the reasearch practice of the faculty. We present different subjects of research from the tree research fields and all of the professorships of the Faculty of Computer Science.

Die Informatik ist von besonderer Bedeutung für die Gestaltung unser alltäglichen Lebensumstände und ist eine Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts. Die Fakultät für Informatik vertritt dieses Fachgebiet umfassend und kompetent mit anwendungsorientierten Schwerpunktsetzungen. In unseren Forschungsschwerpunkten - Eingebettete selbstorganisierende Systeme - Intelligente multimediale Systeme - Parallele verteilte Systeme bieten wir international wettbewerbsfähige Forschung und Entwicklung zu aktuellen Problemstellungen. Unsere Lehre basiert auf dem Leitmotiv der beständigen Erneuerung aus der Forschung. Hieraus abgeleitet bieten wir zeitgemäße Bachelor- und Masterstudiengänge mit hervorragenden Studienbedingungen. Die Fakultät hat den Anspruch eines möglichst persönlichen Umgangs zwischen Lehrkörper und Studenten. Mit der Schriftenreihe „Chemnitzer Informatik Berichte“ geben wir Einblicke in die Forschungspraxis der Fakultät. Dabei werden unterschiedliche Forschungsthemen aus den drei Forschungsschwerpunkten und allen Professuren der Fakultät vorgestellt. / Computer science, as a key technology of the 21th century, has an exceptional impact on our everyday life and living standards. The Faculty of Computer Science represents this scientific field in a comprehensive and proficient manner with an application-orientated choice of topics. In the fields of - Embedded and self-organizing systems - Intelligent multimedia systems - Parallel and distributed systems we offer research and development for current problems and challenges on an internationally competitive level. The guiding principle of our education is the continuous innovation through advances in research. Consequently, we are able to provide modern Bachelor and Master programs with excellent academic conditions. The faculty strives to provide a maximally personal interaction between students and staff. With the series of publications „Chemnitz Computer Science Reports“ we give insigths into the reasearch practice of the faculty. We present different subjects of research from the tree research fields and all of the professorships of the Faculty of Computer Science.

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.

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.