Footnote:
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Description:
Sicherheit und Zuverlässigkeit sind in vielen Einsatzgebieten entscheidende Anforderungen an eingebettete Systeme. Jede Fehlfunktion kann negative, wenn nicht gar katastrophale Konsequenzen nach sich ziehen. Es genügt nicht, die funktionale Korrektheit im Vorfeld formal zu beweisen oder durch systematische Testläufe zu überprüfen. Vielmehr ist es nötig, auch jedes Fehlverhalten, das durch Umwelteinflüsse wie Strahlung oder Temperaturschwankungen hervorgerufen wird, durch speziell integrierte Mechanismen zur Laufzeit zu erkennen und eine entsprechende Fehlerbehandlung zu ermöglichen. Im Hinblick auf harte Echtzeitsysteme, in welchen eine verspätete Berechnung wertlos ist, spielt dabei neben der logischen auch die zeitliche Korrektheit der Ausführung eine essenzielle Rolle. Ziel dieser Arbeit ist es, einen Mechanismus zur Erkennung von logischen und zeitlichen Kontrollflussfehlern in Echtzeitsystemen zu entwickeln. Durch eine besonders feingranulare Arbeitsweise soll die Fehlererkennung möglichst früh stattfinden, um eventuelle Gegenmaßnahmen rechtzeitig vor dem Überschreiten der geforderten Zeitschranken einleiten zu können. Die entworfene Technik verfolgt dazu einen hybriden Ansatz: Der Programmcode wird bereits im Vorfeld mit Kontrollpunkten, sog. Checkpoints instrumentiert, welche sowohl logische als auch temporale Informationen zum Kontrollfluss beinhalten. Zur Laufzeit wertet eine spezielle, an den Prozessor angeschlossene Hardware-Einheit diese Daten aus, um die Korrektheit der Ausführung zu prüfen. Auf diese Weise kann eine rasche Erkennung einer Vielzahl transienter Fehler erfolgen. Neben einer detaillierten Beschreibung der entwickelten Technik präsentiert diese Arbeit auch eine Referenzimplementierung auf Basis eines echtzeitfähigen Prozessormodells. Anhand von Evaluierungen mit künstlich erzeugten Fehlerfällen kann einerseits die Wirksamkeit des Erkennungsmechanismus, andererseits dessen geringfügiger Zusatzaufwand nachgewiesen werden. Abschließend werden verschiedene Optimierungstechniken vorgestellt ...