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Kolloquium - Code-Erzeugung für sicherheitskritische Realzeit-Systeme

02.12.2009 - Cartesium | Rotunde | 17.00 Uhr c.t.
Dr. Heiko Falk | Lehrstuhl Informatik 12, TU Dortmund

Beim Entwurf von Software für sicherheitskritische Realzeit-Systeme spielt die maximale Laufzeit eines Programms (Worst-Case Execution Time, WCET) eine zentrale Rolle. Nur unter Kenntnis der WCET kann garantiert werden, dass die Software stets innerhalb vorgegebener Zeitschranken terminiert. Die derzeitige Praxis des Software-Entwurfs für solche Realzeit-Systeme ist jedoch sehr unsicher. Zum einen beruht die industrielle Entwurfsmethodik für Realzeit-Software auf Messungen bzw. Simulationen, so dass keinerlei Garantien über das zeitliche worst-case Verhalten der Software abgeleitet werden können. Zum anderen optimieren aktuelle Compiler in der Regel die durchschnittliche Laufzeit eines Programms (Average-Case Execution Time, ACET) anstelle der maximalen Laufzeit. Wiederum gibt es keine Möglichkeit, aus den Auswirkungen von ACET-Optimierungen Aussagen über die WCET eines Programms abzuleiten. Dieser Vortrag behandelt einen WCET-optimierenden Compiler für sicherheitskritische Realzeit-Systeme. Durch Kopplung des Compilers mit einem Werkzeug zur statischen WCET-Analyse ist es erstmals möglich, ein formales WCET-Zeitmodell in einen Compiler zu integrieren. Dieses WCET-Zeitmodell stellt dem Compiler wertvolle Daten über das worst-case Verhalten des zu übersetzenden Programms bereit. Dieses WCET-Zeitmodell wird sodann durch spezielle Optimierungen ausgenutzt, die eine vollautomatische Minimierung der WCET erzielen. In diesem Vortrag werden zwei Optimierungen zur WCET-Reduktion präsentiert, die insbesondere die Speicherhierarchie eingebetteter Prozessoren ausnutzen: Register-Allokation und Scratchpad-Allokation.

Heiko Falk arbeitet seit über zehn Jahren am Lehrstuhl Informatik 12 der TU Dortmund. Im Rahmen seiner Promotion von 1999 bis 2004 hat er Quellcode-Optimierungen für eingebettete Multimedia-Anwendungen untersucht. Die von ihm entwickelten Techniken zielten auf die Optimierung des Kontrollflusses in Datenfluss-dominierten Anwendungen ab. Seit 2004 leitet Dr. Falk in seiner Position als Wissenschaftlicher Assistent das Team "WCET-aware Compilation". Ziel seiner Arbeit ist die enge Integration eines Modells für Worst-Case Execution Times (WCET) in einen Compiler sowie die Entwicklung spezieller Optimierungen zur WCET-Minimierung.