English

Embedded systems are massively present in our lives and they are becoming omnipresent. This has demanded strong efforts in research for providing new solutions for the challenges faced in the design of such systems. For instance, the requirements of high computational performance and flexibility of the contemporary embedded systems are continuously increasing. A single architecture must be able to support, in certain cases, different kind of applications with different requirements which can start asynchronously and dynamically (changing environments). Reconfigurable computing seems to be a potential paradigm for these scenarios as it can provide flexibility and high computational performance for modern embedded systems. Of especial interest are those architectures where a microprocessor is tightly connected with a reconfigurable hardware (hybrid platform), constituting a so called reconfigurable System-on-Chip (RSoC). However, the complexity in designing such systems rises. Therefore, the usage of an Operating System (OS) is essential to provide the necessary abstraction of the computational resources in reconfigurable computing. Moreover, due to the intrinsic overhead caused by the reconfiguration activities and the potential sharing of computational resources the necessity for support provided by an OS is unquestionable. Nevertheless, embedded system platforms lack in computational resources. This fact requires a careful design of an OS for such a system, since it also consumes its resources. Along with the application tasks, the OS can profit from a RSoC based architecture by reconfiguring itself over this hybrid platform. Thereby, the OS can make use of the remaining resources that are not currently required by the application for its execution. Within this context, this work presents the design of proper methodologies, strategies, hardware and design support for a proper management of dynamic reconfiguration activities of a Real-Time Operating System (RTOS) running on a RSoC based platform. The intention thereby, is to promote the self-reconfiguration of the RTOS services on this hybrid platform, so that the computational resources of this execution platform are used in an efficient way.

Deutsch

Eingebettete Systeme haben eine starke Präsenz in unseren alltäglichen Leben bekommen, in vielen Bereichen sind sie allgegenwärtig geworden. Dieses ist eine Herausforderung für die Forschung im Bereich solcher Systeme. Ständig müssen neue adäquate Lösungen gefunden werden. Durch die zunehmenden Anforderungen nimmt die Leistung und Flexibilität bei eingebetteten Systemen ständig zu. Zum Beispiel, eine einzelne Architektur muss in der Lage sein, in bestimmten Fällen, mehrere Applikationen mit verschiedenen Anforderungen zu unterstützen, die asynchron und dynamisch ablaufen können (dynamische Umgebungen). Rekonfigurierbare Rechensysteme scheinen ein potentielles Paradigma für diese Szenarien zu sein, weil sie Flexibilität und hohe Rechenleistung für moderne eingebettete Systeme liefern können. Von besonderem Interesse sind jene Architekturen, wo ein Mikroprozessor mit rekonfigurierbarer Hardware fest verbunden ist (hybride Plattform). Eine solche hybride Plattform nennt man rekonfigurierbares System-on-Chip (RSoC). Jedoch nimmt die Komplexität in solchen Systemen ständig zu. Deshalb ist die Anwendung eines Betriebssystems (OSs) wesentlich, um eine notwendige Abstraktion von den vorhandenen Ressourcen in rekonfigurierbaren Rechensystemen zu ermöglichen. Weiterhin, ist durch die gemeinsame Nutzung von Ressourcen einer solchen Architektur und deren Verwaltung in Bezug auf die Rekonfiguration, der Einsatz eines OS zwingend notwendig. Dennoch sind die Ressourcen in eingebetteten Systemen begrenzt. Deshalb muss beim Entwurf eines OS für ein solches System sorgfältig vorgegangen werden, da das OS an sich schon Ressourcen verbraucht. Zusammen mit den Applikationen kann das OS auch von den RSoC Architekturen profitieren dadurch, dass das OS sich selbst auf der hybriden Plattform rekonfigurieren kann. Somit kann das OS die übrigen Ressourcen nutzen, die nicht gegenwärtig von der Applikation benutzt werden. In diesen Rahmen präsentiert die vorliegende Arbeit den Entwurf von geeigneten Methodologien, Strategien, Hardware und Entwurfsunterstützungen für eine geeignete Verwaltung von dynamischen Rekonfigurierungsaktivitäten eines Echtzeitbetriebssystems (RTOSs), das auf einer RSoC basierten Plattform läuft. Die Intention dabei ist es die Selbst-Rekonfiguration der RTOS Dienste auf einer hybriden Plattform zu ermöglichen, wodurch die vorhandenen Ressourcen der Plattform effektiv ausgenutzt werden können.