Entwurf und Implementierung einer datenfluss-basierten Middleware für dynamisch rekonfigurierbare Multiprozessor-Systeme auf Basis von FPGAs. In dem Maße in dem Eingebette Systeme in immer weiteren Bereichen unseres direkten Lebensumfelds eingesetzt werden, steigen die Anforderungen an ihre Adaptivität. Nicht länger wird das Umfeld dem System angepasst, sondern das System selbst fügt sich möglichst nahtlos in die Umgebung ein. Wesentlich hierfür sind vor allem die Aspekte, die im Rahmen des Organic Computing unter dem Schlagwort Self-X zusammen gefasst werden. Self-X bedeutet zum Einen die Fähigkeit des Systems, sich ein Bild von der Umwelt und seinem eigenen Zustand zu machen. Untrennbar damit verbunden ist die Fähigkeit des Systems, sich laufend durch Änderungen an der Konfiguration optimal an diesen Zustand anzupassen. Auf der Hardwareebene kann diese Konfigurationsänderung beispielsweise die Zahl oder den Typ der aktiven Prozessorkerne betreffen. Hiervon ist jedoch auch die Software direkt betroffen. Eine Middleware, die die heterogene Hardware so weit abstrahiert, dass der Programmierer die Anzahl und den Typ der augenblicklich verfügbaren Prozessoren zur Implementierungszeit nicht kennen muss, vereinfacht den Entwurf adaptiver Systeme deutlich. Diese Hardwareabstraktion, die die SDVMR bietet, basiert auf der Zerlegung der Applikation in viele kleine Codefragmente anhand des Datenflusses. Die Ausführung eines Codefragments wird durch die Vollständigkeit des zu ihm gehörigen Parametersatzes angestoßen. Die Middleware verteilt zur Laufzeit die Codefragmente und Parametersätze auf die vorhandenen Prozessorkerne und kann deren Anzahl auch entsprechend ändern. Im Bereich des Ambient Assisted Living ist es wesentlich, dass sich die elektronischen Systeme in das direkte Lebensumfeld integrieren. Des Weiteren sind je nach erfassten Sensordaten aufwändige Berechnungen zur Verarbeitung notwendig. Abhängig davon, ob in einem Raum Aktivität herrscht oder durch Dunkelheit Sensordaten wie z.B. Videosignale nicht zur Verfügung stehen, schwanken die Aktivitätszeiten und damit die Leistungsanforderungen stark. Nicht zuletzt ist insbesondere Energieeffizienz gefordert, da die Geräte in großer Stückzahl und über lange Zeiträume eingesetzt werden. Die Eingebetteten Systeme in solch einer Umgebung müssen mehrere Kerne verschiedener Architektur bereitstellen, um ausreichend Leistungsreserven zu haben. Der Designer steht hier vor dem Problem, erst zur Laufzeit sinnvoll zwischen Leistung und Ressourcenverbrauch abwägen zu können. Bei rekonfigurierbaren Systemen mit variabler Kernanzahl ist der Regelbereich für diesen Tradeoff wesentlich größer. Die SDVM^R-Architektur liefert in diesem Zusammenhang dem Designer die Freiheit, die die Implementierung von Adaptivität und Self-X-Eigenschaften erst ermöglicht. Die SDVM^R stellt eine Architektur bereit, die im Umfeld Eingebetteter Systeme die technischen Grundlagen für energiesparende und adaptive Systeme legen kann. FPGA, Laufzeitrekonfiguration, Eingebettete Systeme, Self-X, Middleware, Virtualisierung
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SDVMR – Virtualisierung dynamisch rekonfigurierbarer Multiprozessorsysteme
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