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SUS-AWARE

Design und Analyse von selbst-suspendierenden eingebetteten Echtzeitsystemen

In Computersystemen kann es dazu kommen, dass eine Taskinstanz sich selbst von der Ausführung (auf dem zugeordneten Prozessor) suspendiert, z.B. auf Grund von Interaktion mit externen I/O Geräten, in Multiprocessorsystemen mit geteilten Ressourcen, in suspendierungsbewussten Multiprocessorsystemen mit Synchronisierungsprotokollen, etc. In eingebetteten Echtzeitsystemen kann Selbstsuspendierung negative Auswirkungen auf die Schedulebarkeit von Echtzeittasks haben und führt normalerweise zu einer wesentlichen Verschlechterung der Performance / Schedulebarkeit.

Fig: Zwei Tasks τ1 (höhere Priorität, Periode 5, Relative Deadline 5, Ausführungszeit 3) und τ2 (niedrigere Priorität, Periode 7, Relative Deadline 7, Ausführungszeit 2) halten ihre Deadlines ein in (a). Herkömmliche Schedulability Analyse sagt eine maximale Response-Zeit von 3 bzw. 5 voraus. In (b), suspendiert der Task τ1 sich selbst, mit dem Ergebnis, dass Task τ2 seine Deadline zum Zeitpunkt 14 nicht einhalten kann.  (Quelle: Many suspensions many problems by Chen et al. in RTSJ 2019)

Auch wenn in der Vergangenheit einige scheinbar positive Resultate im Bezug auf die Lösungen der von Task Systemen mit Selbstsuspendierung ausgehenden Probleme publiziert wurden, hat eine aktuelle Untersuchung unter der Leitung des Antragstellers Prof. Dr. Jian-Jia Chen gezeigt, dass ein signifikanter Anteil der vor 2013 entstandenen Literatur zu diesem Thema (und damit auch die Mehrzahl der bekannten Ergebnisse) schwerwiegende Fehler enthielt. Da die meisten Ergebnisse vor 2013 fehlerhaft waren oder nur unvollständige Beweise enthielten, wurde die Untersuchung von selbst-suspendierenden Task-Modellen in eingebetteten Echtzeitsystemen im Jahr 2015 de facto neu gestartet. Innerhalb dieses Projekts soll nach robusten und soliden fundamentalen Algorithmen und Analysemethoden gesucht werden, um den Einfluss von Selbstsuspendierungsverhalten in modernen eingebetteten Systemen sorgfältig abzumildern (durch sichere und fehlerfreie Erzwingung von Ausführungs/Suspendierungs-Mustern) und zuanalysieren (mit Hilfe genauer Schedulability-Tests). Dies soll insbesondere im Bezug auf sicherheitskritische Systeme mit Echtzeitanforderungen geschehen. Da Slbstsuspendierungsverhalten zu einem hohen Maß an Komplexität führen kann, sind neue Scheduling Strategien oder die Überarbeitung von existierenden Scheduling Strategien notwendig. Ziel unseres Projektes ist es, fundamentale Durchbrüche in der Scheduling Theorie und bei den entsprechenden Schedulability Analyse zu erzielen. Diese sollen an das Selbstsuspendierungsverhalten flexibel angepasst werden ohne das Worst-Case Zeitverhalten mit zu viel Pessimismus zu untersuchen. Mit Hilfe der Scheduling Strategien und der Schedulalibility-Tests die in diesem Projekt geliefert werden, wollen wir Werkzeuge für Designer von Echtzeitsystemen zur Verfügung stellen, damit weitere Optimierungen möglich sind, bei denen die Perpektive der Controller, der Kommunikation und der Berechnung beachtet werden.

(Quelle: DFG)

Projektinformationen

Dauer: Nov. 2019 - Okt. 2022 (3 Jahre)
Verweise:  
  • Jian-Jia Chen, Geoffrey Nelissen, Wen-Hung Huang, Maolin Yang, Björn B. Brandenburg, Konstantinos Bletsas, Cong Liu, Pascal Richard, Frédéric Ridouard, Neil C. Audsley, Raj Rajkumar, Dionisio de Niz, Georg von der Brüggen: Many suspensions, many problems: a review of self-suspending tasks in real-time systems. Real-Time Systems 55(1): 144-207 (2019). Open Access Download
  • Jian-Jia Chen, Georg von der Brüggen, Wen-Hung Huang, Cong Liu:State of the art for scheduling and analyzing self-suspending sporadic real-time tasks. RTCSA 2017: 1-10. IEEE Xplore Link
 
Angestellt: M.Sc. Mario Günzel

Publikationen

2020

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