Software development of reconfigurable real-time systems : from specification to implementation

Abstract

This thesis deals with reconfigurable real-time systems solving real-time tasks scheduling problems in a mono-core and multi-core architectures. The main focus in this thesis is on providing guidelines, methods, and tools for the synthesis of feasible reconfigurable real-time systems in a mono-processor and multi-processor architectures. The development of these systems faces various challenges particularly in terms of stability, energy consumption, response and blocking time. To address this problem, we propose in this work a new strategy of i) placement and scheduling of tasks to execute real-time applications on mono-core and multi-core architectures, ii) optimization step based on Mixed integer linear programming (MILP), and iii) guidance tool that assists designers to implement a feasible multi-core reconfigurable real-time from specification level to implementation level. We apply and simulate the contribution to a case study, and compare the proposed results with related works in order to show the originality of this methodology.

Echtzeitsysteme laufen unter harten Bedingungen an ihre Ausführungszeit. Die Einhaltung der Echtzeit-Bedingungen bestimmt die Zuverlässigkeit und Genauigkeit dieser Systeme. Neben den Echtzeit-Bedingungen müssen rekonfigurierbare Echtzeitsysteme zusätzliche Rekonfigurations-Bedingungen erfüllen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit rekonfigurierbaren Echtzeitsystemen in Mono- und Multicore-Architekturen. An die Entwicklung dieser Systeme sind verschiedene Anforderungen gestellt. Insbesondere muss die Rekonfigurierbarkeit beachtet werden. Dabei sind aber Echtzeit-Bedingungen und Ressourcenbeschränkungen weiterhin zu beachten. Darüber hinaus werden die Kosten für die Entwicklung dieser Systeme insbesondere durch falsche Designentscheidungen in den frühen Phasen der Entwicklung stark beeinträchtigt. Das Hauptziel in dieser Arbeit liegt deshalb auf der Bereitstellung von Handlungsempfehlungen, Methoden und Werkzeugen für die zielgerichtete Entwicklung von realisierbaren rekonfigurierbaren Echtzeitsystemen in Mono- und Multicore-Architekturen. Um diese Herausforderungen zu adressieren wird eine neue Strategie vorgeschlagen, die 1) die Funktionsallokation, 2) die Platzierung und das Scheduling von Tasks, 3) einen Optimierungsschritt auf der Basis von Mixed Integer Linear Programming (MILP) und 4) eine entscheidungsunterstützende Lösung umfasst, die den Designern hilft, eine realisierbare rekonfigurierbare Echtzeitlösung von der Spezifikationsebene bis zur Implementierungsebene zu entwickeln. Die vorgeschlagene Methodik wird auf eine Fallstudie angewendet und mit verwandten Arbeiten verglichen