Scheduling für Systeme gemischter Kritikalität

In verschiedenen Bereichen, z.B. in Automobilsystemen und Avionik, geht der Trend zur Konsolidierung von Softwarefunktionen auf weniger Prozessoren. Dadurch nutzen Anwendungen mit unterschiedlicher Kritikalität, welche früher isoliert ausgeführt wurden, nun Prozessoren gemeinsam. Infolgedessen besteht ein Bedarf an Techniken, die es ermöglichen, solche Systeme mit gemischter Kritikalität (Mixed-Criticality, MC) zu entwerfen und gleichzeitig die Zertifizierungsanforderungen in den verschiedenen Bereichen zu erfüllen.

In dieser Arbeit untersuchen wir das Problem der Planung von MC-Aufgaben mit dem Planungsalgorithmus "Earliest Deadline First" (EDF) und schlagen neue Ansätze zur Verbesserung vor. Hierbei wird berücksichtigt, dass eine Mischung aus Low-Criticality-Tasks (LO) und High-Criticality-Tasks (HI) auf einem Prozessor laufen können. Während LO-Tasks durch minimale Zwischenankunftszeit, Deadline und Worst-Case-Ausführungszeit (WCET) modelliert werden können, werden HI-Tasks durch zwei WCET-Parameter charakterisiert: einen optimistischen und einen konservativen. Das System unterscheidet dann zwischen zwei Betriebsarten: HI- und LO-Modus. Im LO-Modus müssen HI-Tasks nicht länger als ihre optimistischen WCETs ausgeführt werden und werden zusammen mit den LO-Tasks geplant. Ein Wechsel in den HI-Modus erfolgt, wenn eine HI-Task länger als das optimistische WCET (aber immer noch weniger als das konservative WCET) ausgeführt wird.

Ähnlich wie bei bestehenden Ansätzen wird davon ausgegangen, dass LO-Tasks im HI-Modus sofort verworfen werden, wodurch dieser Anstieg der HI-Ausführungsanforderung berücksichtigt werden kann. Hierfür entwerfen wir präzise und angenäherte Tests für EDF mit gemischter Kritikalität, die die Effizienz und Zuverlässigkeit erhöhen und sie mit vorhandenen Ansätzen vergleichen. Die genauen Tests geben dabei eine genaue Antwort, ob eine Kombination von MC-Aufgaben möglich ist oder nicht, während angenäherte Tests weniger komplex und daher aufgrund ihrer kürzeren Laufzeit besser für Online-Prüfungen geeignet sind.