Walter Maydl

• Diese Dissertation beschäftigt sich mit den Problemen bei der Entwicklung von effizienter und zuverlässiger Software für eingebettete Systeme. Eingebettete Systeme sind inhärent nebenläufig, was mit einen Grund für ihre hohe Entwurfskomplexität darstellt. Aus dieser Nebenläufigkeit resultiert ein hoher Grad an Kommunikation zwischen den einzelnen Komponenten. Eine wichtige Forderung zur Vereinfachung des Entwurfsprozesses besteht in der getrennten Modellierung von Kommunikationsprotokollen und eigentlichen Verarbeitungsalgorithmen. Daraus resultiert eine höhere Wiederverwendbarkeit bei sich ändernden Kommunikationsstrukturen. Die Grundlage für die sogenannten Datenflußsprachen bildet eine einfache von Gilles Kahn konzipierte Sprache für Parallelverarbeitung. In dieser Sprache besteht ein System aus einer Menge sequentieller Prozesse (Komponenten), die über Fifokanäle miteinander kommunizieren. Ein Prozess ist rechenbereit, wenn seine Eingangsfifos mit entsprechenden Daten gefüllt sind. Übertragen werden physikalische Signale, die alsDiese Dissertation beschäftigt sich mit den Problemen bei der Entwicklung von effizienter und zuverlässiger Software für eingebettete Systeme. Eingebettete Systeme sind inhärent nebenläufig, was mit einen Grund für ihre hohe Entwurfskomplexität darstellt. Aus dieser Nebenläufigkeit resultiert ein hoher Grad an Kommunikation zwischen den einzelnen Komponenten. Eine wichtige Forderung zur Vereinfachung des Entwurfsprozesses besteht in der getrennten Modellierung von Kommunikationsprotokollen und eigentlichen Verarbeitungsalgorithmen. Daraus resultiert eine höhere Wiederverwendbarkeit bei sich ändernden Kommunikationsstrukturen. Die Grundlage für die sogenannten Datenflußsprachen bildet eine einfache von Gilles Kahn konzipierte Sprache für Parallelverarbeitung. In dieser Sprache besteht ein System aus einer Menge sequentieller Prozesse (Komponenten), die über Fifokanäle miteinander kommunizieren. Ein Prozess ist rechenbereit, wenn seine Eingangsfifos mit entsprechenden Daten gefüllt sind. Übertragen werden physikalische Signale, die als Ströme bezeichnet werden. Ströme sind Folgen von Werten ohne explizite Zeitangaben. Das Einsatzgebiet von Datenflußsprachen liegt in der Entwicklung von Programmen zur Bild- und Signalverarbeitung, typischen Aufgaben in eingebetteten Systemen. Die Programmierung erfolgt visuell, wobei man Icons als Repräsentanten parametrisierbarer Komponenten aus einer Bibliothek auswählt und mittels Kanten (Fifos) verbindet. Ein im allgemeinen dynamischer Scheduler überwacht die Ausführung des fertiggestellten Anwendungsprogramms. Diese Arbeit schlägt ein universelleres Modell physikalischer Signale vor. Dabei werden zwei Ziele verfolgt: 1. Effiziente Kommunikation zwischen den Komponenten 2. Entwurfsbegleitende Überprüfung von Programmeigenschaften unter Verwendung komplexerer Komponentenmodelle Zur Effizienzsteigerung werden nur relevante Werte innerhalb von Strömen übertragen. Dies erhöht zwar den Mehraufwand zur Kennzeichnung des Aufbaus eines Teilstroms, in praktischen Anwendungen ist die hier vorgestellte Methode jedoch effizienter. Die Einführung neuer Signalmerkmale erlaubt unterschiedlichste Überprüfungen der Einhaltung von Typregeln durch die Eingangs- und Ausgangsströme einer Komponente. Anstelle einfacher Schaltregeln werden aufwendigere Kommunikationsprotokolle für die verschiedenen Arten von Komponenten eingeführt. Fifomaten (Fifo-Automaten) dienen als formale Grundlage. Mittels eines dezidierten Model-Checking-Verfahrens wird das Zusammenspiel der Fifomaten daraufhin untersucht, ob ein zyklischer Schedule existiert. Die Existenz eines solchen zyklischen Schedules schließt Speicherüberlauf und Deadlocks aus und garantiert darüber hinaus, daß das Programm nach endlicher Zeit wieder in die Ausgangssituation zurückfindet. Da im allgemeinen die Datenflußprogramme turingäquivalent sind, kann es allerdings zyklische Schedules geben, die das Verfahren nicht entdeckt. Mit der hier vorgestellten und implementierten Methode wird die Entwicklungszeit korrekter Datenflußprogramme deutlich reduziert. Das neue Modell physikalischer Signale macht zudem die Ausführung effizienter.…