English

The next generation of advanced mechatronic systems is expected to behave more intelligently than today's systems. They adjust their goals and behavior according to changes of the environment or system. Characteristic for these modern applications are the increasing dynamics. To handle this dynamics new approaches in the underlying system software are required. Predictability is of paramount importance for mechatronic systems. Thus, their design has to take the worst-case into account and the maximum required resources are usually allocated upfront by each process. This is safe, but usually results in a rather poor resource utilization. For a better utilization of the system the Flexible Resource Manager puts temporarily unused resources at other applications' disposal. To consume freed resources the applications can specify additional modes with higher resource consumptions. To allow over-allocation of resources under hard real-time constrains an acceptance test is checking, if a possible conflict can be solved without violating deadlines of hard real-time tasks. An atomic reconfiguration process is necessary, with the constraint that no hard timing constraint is violated. This approach is also applied to the operating system (OS) itself. The resource usage implies the services that the applications require from the OS. Thus, the OS must either provide all services that are totally required over time or reconfigure itself. Reconfiguration of the OS means supporting on demand services or the possibility of degrading services. An approach is presented where an offline customizable OS is extended in order to be dynamically reconfigurable during run-time.

Deutsch

Mechatronische Systeme werden in Zukunft ihre Ziele und ihr Verhalten gemäß den Veränderungen der Umgebung und der Anwendungen des Systems selber anpassen. Charakteristisch für solche modernen Anwendungen ist die erhöhte Dynamik. Um diese Dynamik handhabbar zu machen werden neue Konzepte für die unterliegende Systemsoftware benötigt. Vorhersagbarkeit ist von höchster Wichtigkeit für Echtzeitsysteme. Aus diesem Grund muss bei ihrem Entwurf der “schlimmste Fall“ (Worst-Case) berücksichtigt werden. Das bedeutet klassischerweise, dass alle jemals benötigten Ressourcen für jeden einzelnen Prozess von Systembeginn an bereitgestellt werden. Diese Vorgehensweise ist sicher, führt aber zu einer schlechten Auslastung der Systemressourcen. Im Rahmen dieser Dissertation wurde der Flexible Resource Manager entwickelt. Der FRM ermöglicht eine bessere Auslastung des Systems, indem er temporär ungenutzte Ressourcen anderen Anwendungen zur Verfügung stell. Um Überallokation von Ressourcen unter harten Echtzeitbedingungen zu erlauben, ist ein Akzeptanztest nötig. Dieser Test überprüft ob ein Konflikt ohne Gefährdung der Zeitschranken von harten Echtzeitanwendungen gelöst werden kann. Dieser Ansatz wird in der vorliegenden Dissertation ebenfalls auf das Betriebssystem selbst angewendet. Der Ressourcenbedarf der Anwendungen legt die benötigten Betriebssystemdienste fest. Deshalb muss das Betriebssystem entweder alle Dienste über die gesamte Zeitspanne bereitstellen oder sich während der Laufzeit selbst rekonfigurieren. Die Rekonfiguration des Betriebssystems bedeutet aber, während der Laufzeit dynamisch Dienste abzuschalten.