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Werkzeuge zur Software-Entwicklung für embedded Multicore

05.07.2013
Da Multicore-Prozessoren eine hohe Rechenleistung bei vergleichsweise geringem Energieverbrauch bieten, werden sie zunehmend für eingebettete Systeme eingesetzt.

Bei Multicore werden Prozesse parallel ausgeführt, was die aktuellen Entwicklungstools für Embedded Software nicht hinreichend unterstützen. Ein Konsortium aus acht Firmen, darunter sowohl Toolhersteller als auch Anwender, und drei Forschungseinrichtungen entwickelt unter der Leitung der Fraunhofer ESK die bestehenden Werkzeuge weiter und integriert diese zu einer effizienten Werkzeugkette.

Dazu werden im Projekt drei Aspekte untersucht: Modellierung und Simulation, Tracing und Analyse sowie Softwaretest. Die Praxistauglichkeit der Ergebnisse prüfen die im Projekt beteiligten Anwender in Fallstudien. Den Projektpartnern ist dabei wichtig, dass zum Ende des Projekts in 2014 nicht nur einzelne verbesserte Werkzeuge für die Entwicklung von embedded Multicore-Software vorliegen, sondern diese zu einer Werkzeugkette integriert werden. Mit Werkzeugketten geben sie Entwicklern die Möglichkeit, die Ergebnisse des ersten Tools nahtlos in einem zweiten Tool zu verarbeiten, was sowohl Zeit spart als auch potenzielle Fehlerquellen eliminiert.

Modellierung und Simulation

Prof. Dr. Bernhard Bauer von der Universität Augsburg koordiniert die Projektpartner, die die Partitionierung und Verteilung von Tasks auf Multicore-Systemen optimieren. Durch Modellanalysen wird berechnet, welche Abhängigkeiten zwischen unterschiedlichen Task bestehen und wie diese parallelisierbar sind. Diese kausalen und zeitlichen Abhängigkeiten werden in einem Optimierungstool verarbeitet. Hierbei werden mit modellbasierten Simulationstools verschiedene Partitionierungen und Allokationen der Software generiert und hinsichtlich Echtzeit- und Effizienzkriterien bewertet. In dem Optimierungstool werden diese Ergebnisse zur Änderung der Systemarchitektur weiterverarbeitet, um den Multicore-Prozessor bestmöglich zu nutzen. Um die aus den Modellen gewonnen Informationen im späteren Entwicklungsprozess mit realen Ergebnissen zu validieren, wird eine Schnittstelle zu Hardware-Tracing Verfahren für den Vergleich geschaffen.

Tracing und Analyse

Um auch sporadische und schwer reproduzierbare Fehler zu finden, spezialisiert sich das Team um die Fraunhofer ESK auf das Debugging durch Aufzeichnen und die anschließende Analyse und Darstellung der parallelen Traces. Softwareentwickler erhalten dadurch auf einen Blick eine Übersicht des Gesamtsystems und können so sporadische und schwer reproduzierbare Fehler schnell erkennen. Zudem können bei dem neu zu entwickelnden Tool die Messwerte exportiert und z.B.in ein Simulationstool importiert werden.

Softwaretest

Durch Modell-basiertes Testen lässt sich die Qualität von Software drastisch steigern. Allerdings können bewährte Metriken, wie Code Coverage, bei Software für Multicore-Prozessoren nicht unverändert eingesetzt werden, denn durch die parallelen Abläufe steigt die Anzahl der zu testenden Systemzustände exponentiell. Deswegen entwickeln die Forscher um Prof. Dr. Michael Philippsen von der Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg Methoden, die die Zahl der Testfälle reduzieren.

Das Forschungsprojekt wird vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie gefördert und läuft bis Ende 2014. Ihre verbesserten Werkzeuge zur Softwareentwicklung für Embedded Multicore testen die Wissenschaftler in 2014 in Fallstudien bei der Automobil-, der Automatisierungs- und der Telekommunikationsindustrie.

Projektpartner:

- GLIWA GmbH embedded systems
- Infineon Technologies AG
- Lantiq Deutschland GmbH
- Lauterbach GmbH
- sepp.med GmbH
- Siemens AG
- Timing-Architects Embedded Systems GmbH
- TWT GmbH Science & Innovation
Forschungseinrichtungen
- Fraunhofer ESK
- Universität Augsburg, Lehrstuhl für Softwaretechnik und Programmiersprachen
- Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Programmiersysteme

| Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.esk.fraunhofer.de
http://www.multicore-tools.de

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