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• Mithilfe dieses Planungstools PRECISION PRO lässt sich ein widerspruchsfreier Schedule für komplexe Systeme wie in Flugzeugen in weniger als einer Minute erstellen.© istockphoto.com/zkoritni
  

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Marktreife2011

Während das Erstellen von Ablaufplänen für einfache Systeme häufig noch manuell durchgeführt werden kann, erfordert spätestens die Einführung von Multi-Core-Prozessoren ein automatisiertes Vorgehen. Mithilfe des Planungstools PRECISION PRO von Fraunhofer FIRST lassen sich statische Schedules für eingebettete Systeme einfach und übersichtlich erstellen. Nutzer profitieren von der Zeitersparnis bei der Erstellung, der optimalen Auslastung der Hardware und der einfacheren Anpassung bei Änderungen in der Hard- und Software.

Waschmaschinen sind nicht nur ein selbstverständliches und nützliches Utensil unseres Alltags, sie werden auch für IT-AGs an Gymnasien oder Informatik-Grundkurse an den Hochschulen immer interessanter. Denn sie sind ein gutes Beispiel für das einfache, serielle Programmieren von eingebetteten Systemen. Jeder einzelne Waschgang ist überschaubar, ein Schritt folgt dem anderen. Änderungen im Steuergerät können einfach vorgenommen und Abläufe leicht umprogrammiert werden. In andere Dimensionen müssen Informatiker und Informationstechniker jedoch vordringen, wenn beispielsweise Steuergeräte von  Flugzeugen programmiert werden müssen. Nicht selten bewältigen diese Geräte mehrere 1.000 Aufgaben, die zusätzlich voneinander abhängig sind, sich unter Umständen (kontinuierlich) wiederholen, verschiedene Prioritäten haben und unterschiedliche zeitliche Anforderungen bewältigen müssen: Während beispielsweise der Höhenmesser zyklisch im Millisekundenbereich ausgelesen werden muss, darf das Entertainment-System, je nach Nutzung durch die Passagiere, im Sekunden-Bereich arbeiten, um Videodateien zu übertragen. Zudem gibt es zeitliche Abhängigkeiten: So darf der Autopilot nur dann reagieren, wenn er über alle erforderlichen Sensor-Daten verfügt. Weil das Steuergerät eine Vielzahl von Daten, Priorisierungen und Abhängigkeiten bewältigen muss, sind die Strukturen des Programms in der Regel selbst für Experten nur noch sehr aufwändig manuell zu entwickeln. Hinzu kommt, dass zukünftig immer mehr Steuergeräte in sicherheitskritischen Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt Multi-Core-Architekturen verwenden werden, also mehrere Ausführungseinheiten (Cores) auf einem Chip integriert werden. Dadurch wird die Leistungsfähigkeit der Hardware zwar einerseits immens gesteigert. Andererseits muss aber die Software zusätzlich dafür sorgen, dass die Prozessoren durch das Zuteilen der Rechenoperationen nicht nur optimal ausgelastet werden, sondern auch keiner der Kerne unnötig lange auf die Rechenergebnisse des anderen »warten« muss. Während also das Erstellen von Ablaufmustern (statisches Scheduling) bei maschinellen Waschvorgängen überschaubar ist und deswegen auch manuell durchgeführt werden kann, sollte spätestens bei der Entwicklung von komplexen, sicherheitskritischen, eingebetteten Systemen mit Multi-Core-Prozessoren ein automatisiertes Vorgehen zur Erstellung und Validierung eingesetzt werden.

Um dabei mögliche Konflikte zu vermeiden und die optimale Auslastung von Systemen mit Multi-Core-Prozessoren zu gewährleisten, haben die Forscher des Fraunhofer FIRST PRECISION PRO entwickelt. Mithilfe dieses Planungstools lässt sich ein widerspruchsfreier Schedule für komplexe Systeme mit vielen 1.000 Applikationen in weniger als einer Minute erstellen. Dabei ist immer sichergestellt, dass das Ablaufmuster fehlerfrei und auf der vorliegenden Hardware ausführbar ist. Die sonst meist aufwendige Problembehebung in der Integrationsphase entfällt. Zudem lassen sich Schedules erzeugen, die eine Auslastung der Prozessoren von über 90 Prozent ermöglichen. Die erzeugten Ablaufpläne lassen sich grafisch übersichtlich und mit einem an die Anforderungen des Benutzers angepassten Detaillierungsgrad darstellen. Darüber hinaus können mit PRECISION PRO auch kurzfristige Änderungen der Hard- und Software einfach und schnell in den Ablaufplan integriert werden.

Ein weiterer Vorteil: Mithilfe verschiedener Kennzahlen eines erzeugten Ablaufmusters, wie zum Beispiel der Auslastung von Prozessoren und Bussystemen, sind Entwickler nun frühzeitig in der Lage, unterschiedliche Hardwarearchitekturen zu bewerten. Zudem lässt sich der erzeugte Schedule leicht in verschiedene betriebssystemspezifische Formate überführen und damit auch in einen übergeordneten Systementwicklungsprozess integrieren. Auch der Zertifizierungsprozess wird vereinfacht, da die Software die Schedules fehlerfrei und logisch nachvollziehbar erstellt.