Multi-Core in sicherheitskritischen- und Echtzeitsystemen

Das Fraunhofer-Institut FIRST veranstaltet am 24. November 2011 seine zweite Multi-Core-Veranstaltung mit dem Fokus auf dem Einsatz von Mehrkernprozessoren in sicherheitskritischen- und Echtzeitsystemen. Experten aus Industrie und Wissenschaft sollen in Berlin (Kekuléstr. 7, Adlershof) neue Techniken im Bereich der Multi-Core- und Many-Core-Prozessoren präsentieren und dabei praktische Ansätze für deren Einsatz aufzeigen. Die Teilnehmer erhalten einen Überblick über Trends und Lösungen und können sich über die aktuelle Forschung bei Fraunhofer FIRST informieren.

Es sind nur noch wenige Tage bis zum Workshop. Wer sich für das Thema interessiert, dem kann ich als Tagungsleiter nur versichern, dass sich die investierte Zeit auch wirklich lohnt.

Programmheft: [PDF]

Währten dieser Ansatz bisher im Bereich der Software-Entwicklung eingesetzt wurde, arbeite ich an einer Erweiterung auf die Integration von sicherheitskritischen Anwendungen auf einem Multicore oder Manycore Prozessor. Die Grundidee bleibt dabei natürlich erhalten: das korrekte Verhalten kann anhand der Entwicklungsschritte nachgewiesen werden und muss nicht umständlich die Analysen des Verhalten gezeigt werden.

Ich glaube nicht, dass man mit vollständiger Formalisierung des Entwicklungsprozesses die Anforderungen heutiger Systeme bändigen kann. Dafür sind die Entwicklungszyklen zu kurz und die Anforderungskataloge zu kurz. Dennoch bin ich davon überzeugt, dass gerade die Komplexität von Mehrkernprozessoren zu einer verstärkten Akzeptanz von punktuell eingesetzten, formalen Methoden führen wird. Diese müssen dann natürlich auch durch den Fachexperten nutzbar gestaltet sein. Kann man denn eine formale Spezifikation in Z für eine kritische ECU von einem Automotive-Entwickler erwarten? Ich denke nicht.

Hier die Kurzfassung meines Beitrages im Tagungsband:

Virtualisierung ist nicht nur ein aktuelles Thema für Rechenzentren und deren Server. Auch bei sicherheitskritischen, eingebetteten Systemen werden Virtualisierungstechnologien eingesetzt. Dieser Trend ist auch das Ergebnis einer zunehmenden Verwendung von Mehrkern Prozessoren zur Erhöhung der Funktionsdichte und zur weiteren Senkung der Kosten. Diese Arbeit beschreibt die Verwendung von Virtualisierung im Engineering-Konflikt zwischen dem Streben nach gleichzeitiger Isolation und Integration eines Gesamtsystems.

Dies führt zu einer Spezialisierung des Begriffs Virtualisierung, um den Anforderungen sicherheitsgerichteter, eingebetteter Systeme stärker Rechnung zu tragen. Anhand eines aktuellen Fallbeispiels aus dem Automotive-Kontext werden diese neuen Anforderungen in einem konkreten Anwendungskontext illustriert und diskutiert. Als Ausblick auf zukünftige Herausforderungen werden abschließend die zukünftigen Entwicklungen bei Manycore Architekturen vorgestellt und die wesentlichen Potentiale und Auswirkungen für das Systemdesign herausgearbeitet.

Über eine interessante Diskussion und anregendes Feedback aus der Virtualisierungscommunity würde ich mich freuen…

Download: [PDF]

Aus der Ankündigung:

Multicore-Prozessoren sind heute bereits Standard in Desktop- und Serverrechner. Dennoch stehen die Entwickler bei der Integration dieser Prozessoren in den Entwicklungsprozess von sicherheitskritischen, eingebetteten Systemen immer noch am Anfang. Denn die Herausforderungen sind groß: Für solche Systeme müssen nicht nur parallele Softwarearchitekturen entwickelt sondern auch die Qualitätssicherung und Zertifizierung muss im Auge behalten werden.

Um sichere Systeme zu bauen und die höhere Leistungsfähigkeit zu nutzen, sind Technologien nötig, die die Neuigkeiten in der Architektur bewältigen und unter allen Umständen ein korrektes Verhalten garantieren können. Fraunhofer FIRST hat langjährige Erfahrung mit Parallelrechnern und der Qualitätssicherung von eingebetteten Systemen, und nutzt state-of-the-art Multicore-Prozessoren in aktuellen Projekten.

Weitere Informationen gibt es unter: http://www.first.fraunhofer.de/aktuell/multicoreworkshop_2011/

Der Workshop war so konzipiert, dass sich in den Vorträgen die Erfahrungsberichte von Vertretern von Industrieunternehmen mit den Erkenntnissen von FIRST-Wissenschaftlern abwechselten und so ein Überblick über die Thematik entstehen konnte. Besonderes Interesse entstand bei der Vorstellung unseres Scheduling-Tools „PRECISION PRO“ und beim Überblick wie sich Multi-Core-Prozessoren in sicherheitskritischen Anwendungen einsetzen lassen.

Im Anschluss an den Workshop fand die Besichtigung unseres neuen Multi-Core Labors statt. Die Teilnehmer konnten sich bei einer Führung über die verschiedenen Forschungsarbeiten informieren, an denen im Labor gearbeitet wird, und zu den einzelnen Präsentationen Fragen stellen.

• Flyer [PDF]: Download
• Programmheft [PDF]: Download

VirtuOS macht Software
funktions- und angriffssicher

OpenSynergy, die TU Berlin und die Fraunhofer Gesellschaft arbeiten gemeinsam am Forschungsprojekt „VirtuOS“ (Virtuelle Architekturen in Automotiven Softwaresystemen), das mit EU-Mitteln für Regionalentwicklung (EFRE) und Geldern aus dem Zukunftsfond Berlin gefördert wird.
[...]

Gemeinsam entwickeln die Experten aus Wissenschaft und Wirtschaft Prozesse, Werkzeuge und Methoden, damit die Softwarefunktionen im Auto diesem Qualitätsanspruch voll genügen können.
[...]
Die Ergebnisse der Forschungs- und Entwicklungsarbeit werden zunächst dazu beitragen, Sicherheitsanforderungen an moderne, automotive Software zu definieren. Weiter werden die Projektpartner Methoden erarbeiten und Regeln formulieren, nach denen sichere Systeme entwickelt werden können. Dabei wird vor allem das Zusammenspiel der einzelnen sicheren Software-Komponenten in einer sicheren Architektur definiert.

Mehr dazu gibt es hier oder hier.

Im nächsten Jahr (2011) werde ich zusammen mit meinen Kollegen das Programm-Kommittee dieser Konferenz bereichern. Entsprechend meinem Forschungsschwerpunkt übernehme ich dabei den Vorsitz für die Session “Multi-Core Processing”.

Für alle Interessierten gibt es hier den Call-for-Papers mit einer detaillierten Beschreibung der Themenschwerpunkte.

• die lose Kopplung zwischen Geräten,
• die Abstraktion von den konkreten Eigenschaften der Hardware und
• die Reduzierung des benötigten Vorwissens für eine Interaktion.

Die Nutzung von Service-orientierten Architekturen führt allerdings zu einem erhöhten Resourcenbedarf, der gerade bei eingebetteten Systemen mit beschränkten Resourcen (zum Beispiel Sensorknoten) mit Herausforderungen verbunden ist.

Für den Workshop Service Oriented Architectures in Converging Networked Environments (SOCNE) auf der International Conference on Advanced Information Networking and Applications (AINA) in Perth habe ich eine Studie veröffentlicht, in der am Beispiel eines Body Area Networks (BAN) die Performance von Service-orientierten Architekturen auf eingebetteten Geräten evaluiert wird.

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• Paper [PDF]
• Präsentation [PDF]

In einem Vortrag im Rahmen des Workshops “International Workshop on Multi-Core Software Engineering (IWMSE ) auf der Internation Conference on Software Engineering (ICSE) in Kapstadt habe ich einen kurzen Überblick über meine aktuellen Forschungsarbeiten in diesem Bereich gegeben.

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• Paper [PDF]
• Präsentation [PDF]

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