Embedded systems are increasingly deployed in complex and highly dynamic technical contexts. The problem here is that embedded systems must provide a variety of often very computationally intensive algorithms to ensure a robust and efficient operation. At the same time, they are subject to stringent constraints and resource restrictions which imply limited capacity for providing functionality. This thesis deals with the design of embedded systems that are able to adapt their functionality at run-time to changes in their environments, and thus provide flexibility despite these constraints. It presents a concept to build computer architectures based on reconfigurable hardware that can replace hardware modules dynamically and partially at run-time. Furthermore, a novel design methodology is introduced which enables to verify, automatically synthesize, and optimize self-adaptive systems on these reconfigurable architectures in the presence of stringent design constraints. The design of a smart camera that can autonomously react to environmental changes, such as varying illumination conditions, by changing the image processing algorithms serves as a case study for evaluating the methodology.

Eingebettete Systeme übernehmen vermehrt Aufgaben in komplexen und äußerst dynamischen technischen Kontexten. Das Problem hierbei ist, dass eingebettete Systeme eine Vielzahl, häufig sehr berechnungsintensiver Algorithmen vorrätig halten müssen, um eine robuste und effiziente Funktionsweise zu gewährleisten. Gleichzeitig unterliegen sie aber strikten Einschränkungen, die beispielsweise durch die verfügbaren Rechenkapazitäten gegeben sind. Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Entwurf eingebetteter Systeme, die ihre Funktionalität zur Laufzeit an ihre Umgebung anpassen und dadurch trotz bestehender Restriktionen eine dynamische Verarbeitung bereitstellen können. Dazu werden zum einen Computerarchitekturen auf Basis rekonfigurierbarer Hardware vorgestellt, die es erlauben dynamisch und zur Laufzeit Hardwaremodule auszutauschen. Zum anderen wird eine neuartige Entwurfsmethodik eingeführt, mit der sich selbst-adaptiven Systeme auf diesen Computerarchitekturen bezüglich der Einhaltung aller Restriktionen verifizieren und bezüglich diverser Zielgrößen effizient optimieren lassen. Als Fallstudie dient hier der Entwurf einer Smart-Kamera, die autonom durch Austausch ihrer Bildverarbeitungsalgorithmen auf Kontextwechsel der Umgebung reagieren kann.