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Laufzeitplattform für anwendungsspezifische verteilte Architekturen



Thema

Durchgängige anwendungsspezifische Maßschneiderung von Betriebssystem und Rechnerstruktur in konfigurierbaren eingebetteten Systemen.


Einführung

Im Bereich der Rechnerarchitekturen für eingebettete Systeme sind zwei wichtige Trends zu beobachten. Zum einen ist durch die steigenden Integrationsdichten Chipfläche kaum noch ein begrenzender Faktor, so dass immer häufiger Multi- oder Manycore-Systeme zum Einsatz kommen. Zum anderen verschwimmt die Grenze zwischen Hard- und Software. Hardwarestrukturen werden mittlerweile mit Hilfe von Hardwarebeschreibungssprachen formuliert und können, beispielsweise im Falle von FPGA-Technologie, im Prinzip von jedermann synthetisiert werden.
Die Systemsoftware wird diesen Trends bisher noch nicht gerecht. Das Ziel dieses Projekts ist, die Grundlagen für eine neuartige Systeminfrastruktur zu entwickeln, und dabei bewusst mit einigen klassischen Grundmustern des Betriebssystembaus zu brechen. So wird als zugrundeliegendes Maschinenmodell nicht eine klassische CPU angenommen, sondern stattdessen eine universelle, konfigurierbare und potentiell beliebig parallele Hardware, wie beispielsweise ein FPGA oder ASIC. Die durch eine Beschreibungssprache formulierten Hardwarestrukturen werden als Bestandteil der Systeminfrastruktur aufgefasst. In früheren Projekten verfolgte Ansätze zur anwendungsspezifischen statischen Systemkonfigurierung können so auf Hardwarestrukturen ausgeweitet werden. Dies ermöglicht, sowohl die Systemsoftware als auch die darunterliegenden konfigurierbaren Hardwarestrukturen durchgängig, d.h. auf Basis gleicher oder zumindest konzeptionell gleicher Techniken und unter Ausnutzung desselben Wissens, anwendungsgetrieben maßzuschneidern. Es geht also nicht wie bei vielen aktuellen Arbeiten in diesem Bereich darum, Applikationsprozesse auf eine gegebene Multi- oder Manycore-Architektur abzubilden, sondern stattdessen Entwicklern von eingebetteten Systemen, denen eine konfigurierbare Hardware zugrunde liegt, eine Hilfestellung bei der Maßschneiderung der Hardware und der Systemsoftware zu geben. Software- und Hardwarestrukturen werden gleichermaßen aus Anwendungsanforderungen abgeleitet.
Der Ansatz erlaubt die Beibehaltung klassischer Systemsoftwareschnittstellen bei gleichzeitiger Ausnutzung feingranularer konfigurierbarer paralleler Hardwarestrukturen mit dem Ziel verbesserter Performance-, Echtzeit- und Energieverbrauchseigenschaften.