Globale Kontrollflussanalyse von eingebetteten Echtzeitsystemen

Zusammenfassung

Eingebettete Echtzeitsysteme haben eine dedizierte Funktion und einen vorher festgelegten Funktionsumfang. Daraus resultiert ein hohes Maß an explizitem und implizitem statischem Wissen, dass schon zur Übersetzungszeit fest steht. Dieses hohe Maß an Wissen ermöglicht auf Programmiersprachenebene bereits Optimierungen einzelner Programme. Allerdings stoßen diese Optimierungen an der Betriebssystemschnittstelle üblicherweise an ihre Grenzen, da pessimistische Annahmen über die Auswirkungen des Systemaufrufs getroffen werden müssen. Der Übersetzer muss von einer beliebigen Überlappung der Fäden ausgehen, sodass kein gerichteter Informations- oder Kontrollfluss zwischen diesen angenommen werden darf. In eingebetteten Echtzeitsystemen zeigt sich jedoch ein anderes Bild: Aufgrund der hohen Vorhersagbarkeitsanforderungen, ist das Kernverhalten dieser Systeme häufig deterministisch und exakt spezifiziert.

Dieser Beitrag präsentiert eine Methode zur Extraktion gerichteter, flusssensitiven Kontrollflussabhängigkeiten zwischen einzelnen Ausführungsfäden. Hierfür wird die Spezifikation eines echtzeifähigen Kerns mit der Anwendungskonfiguration und der Anwendungslogik verbunden. Aus dieser Verbindung entsteht der globale Kontrollflussgraph, der die Interaktion zwischen Kern und Anwendung einfängt und systemweite Optimierungen über die Kerngrenzen hinweg ermöglicht.

Des Weiteren beschreiben wir zwei systemweite Optimierungen nichtfunktionaler Eigenschaften, die erst durch unsere Analyse ermöglicht werden. Durch spezialisierte Systemaufrufe senken wir die Kernlaufzeit. Des Weiteren führen zusätzlich eingebrachte Zustandszusicherungen zu einer deutlich Zuverlässigkeitssteigerung gegenüber transienten Hardwarefehlern.