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Technische Informatik an der TU Graz Der Forschungsschwerpunkt des Instituts für Technische Informatik (ITI) der TU Graz liegt in der Untersuchung von eingebetteten, verteilten und vernetzten Echtzeit-Systemen (Cyber-Physical Systems), das heißt im Entwurf, Analyse und in der Entwicklung von performance-, energie-, sicherheits-, und zuverlässigkeitsorientierten Rechnerarchitekturen für industrielle Anwendungen. Das Institut für Technische Informatik wurde im März 1987 an der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der Technischen Universität Graz eingerichtet und versteht sich als Bindeglied zwischen der Elektrotechnik und Informatik. Seit seiner Gründung durch O.Univ.- Prof. Dr. Reinhold Weiß hat das Institut eine beachtliche Entwicklung genommen. So arbeiten am Institut derzeit 21 wissenschaftliche Mitarbeiter und 3 nichtwissenschaftliche Mitarbeiter. Lehre Das Angebot für eine forschungsorientierte Lehre wurde im Lauf der Jahre ständig erweitert und an die aktuellen Entwicklungen angepasst. Mehr als 300 Studenten/innen der Studienrichtungen Elektrotechnik, Telematik und Informatik entschieden sich bisher, ihre Diplomarbeit am Institut für Technische Informatik durchzuführen, 75 Studenten haben am Institut für Technische Informatik promoviert und es gab 2 Habilitationen. Design-Flow im ViF-Projekt MEPAS für sicherheitsgerichtete automotive Anwendungen. Quelle: TU Graz, ITI Forschung 18 magazine Nr. 11, I-2012 Im Fokus unserer Aktivitäten ist die ständige Verbesserung der Forschungsleistungen des Instituts. Diese Leistung misst sich an der Anzahl von Publikationen auf internationaler Ebene (Journalen, Büchern, Konferenzen), an unserem Drittmittelaufkommen und der Anzahl der Promotionen. Der Forschungsschwerpunkt des Instituts für Technische Informatik liegt in der Untersuchung von eingebetteten, verteilten und vernetzten Echtzeit-Systemen, d.h. im Entwurf, Analyse und in der Entwicklung von performance-, energie-, sicherheits-, und Zuverlässigkeitsorientierten Rechnerarchitekturen (Hardware und Software) für industrielle Anwendungen. Dieser Schwerpunkt setzt sich aus den Bereichen Hardware/Software Codesign, Pervasive and Sensorbased Computing, Industrial Informatics – Model-based Architectures und Real- Time Systems zusammen. (siehe http:\\www.iti. tugraz.at) Hardware/Software Codesign beschäftigt sich mit Methodiken für die Entwicklung von optimierten Systemen. Dabei wird die Funktionalität auf der Systemebene modelliert, analysiert und partitioniert (Funktion in Hardware oder Software - Untersuchung des Entwurfsraumes). Danach wird eine Abschätzung der Systemparameter durchgeführt. Die FIT-IT Forschungsprojekte LOWSOM, CoCoon und DAVID (Industriepartner NXP) forschen an optimierter Hardware und Software für zukünftige Smart Cards. Hardware/ Software Cosimulation, eine Kernkomponente im HW/SW Codesign, ist heutzutage eines der Schlüsselgebiete bei der Entwicklung heterogener Systeme. Allerdings kann mit den bisher gängigen Simulationsmethoden (eine Modellierungssprache, ein Simulator) die hohe Zahl an beteiligten unterschiedlichen Domä- nen (z.B. Mechanik, Elektronik, Software) mit ihren vielfältigen Anforderungen nicht mehr vernünftig beherrscht werden. Dadurch gewinnt Cosimulation auch im Automobilbereich immer mehr an Bedeutung. In mehreren Projekten wurde ein Cosimulationsframework geschaffen welches eine sprachunabhängige Modellierung für heterogene Systeme ermöglicht und daraus automatisch eine Co-Verifikationsplattform generiert. Diese wurde dann im ViF-Projekt TEODACS für die Simulation eines FlexRay Netzwerkes angewendet und weiterentwickelt. Pervasive und sensorbased Computing beschäftigt sich mit Rechnerarchitekturen und energieeffizienter Middleware für Wireless Sensor Networks sowie RFID-Systeme unter besonderer Berücksichtigung von Zuverlässigkeit und Fehlertoleranz. Energieeffiziente Middleware stellt spezielle Funktionen eines Netzwerkes, wie zum Beispiel Routing und Scheduling, für Applikationen zur Verfügung. Somit werden verteilte Aufgaben sowohl schnell, als auch energieeffizient abgearbeitet. Durch Energy Harvesting wird Energie aus der Umwelt für die notwendige Betriebsautonomie der Netzwerkknoten gewonnen. Um eine möglichst hohe Energieeffizienz zu gewährleisten, müssen Hardware- und Softwarekomponenten aufeinander abgestimmt werden. Durch hardwarenahe Simulation wird dieser Prozess entscheidend vereinfacht. Im Bereich Power Aware Computing, welcher sich mit der Entwicklung energieeffizienter System beschäftigt, ist die Abschätzung des Stromverbrauchs, des Leistungsverbrauchs und der Energieaufnahme, sehr schwierig, da diese Werte stark durch die Software (Middleware, Betriebssystem, Applikation) beeinflusst werden. Die FIT-IT Forschungsprojekte PowerHouse, PowerModes und METASEC (Industriepartner Infineon) konzentrieren sich auf diesen Bereich, wie zum Beispiel der Entwicklung einer Power-Emulations Plattform, welche Informationen zur Leistungsanalyse von neuen Prozessoren zur Verfügung stellt.
Durch die Problematik der großen Stromaufnahme von Prozessoren (durch die hohen Taktraten) und der damit verbundenen Erwärmung (Kühlung, Zunahme der Fehler) ist seit einigen Jahren großer Forschungsbedarf im Bereich von Multi- und Many-Core Prozessoren, einem weiteren Schwerpunkt am Institut für Technische Informatik. Das Institut für Technische Informatik beschäftigt sich im Kontext Modellbasierte Architekturen mit multidisziplinären industriellen Software- und Systemarchitekturen für innovative Lösungen in den Bereichen für prozessgekoppelte und eingebettete Systeme unter spezieller Betrachtung der Themen funktionale Sicherheit und Zuverlässigkeit, aber auch Effizienz und Effektivität im Entwicklungsprozess. Dies wird derzeit beispielsweise im Projekt HI-PASE (Industriepartner Andritz Hydro GmbH) für die Steuerung von Wasserkraftwerksanlagen bearbeitet. Mit einem Schwerpunkt auf Product Line Engineering wird die Entwicklungsmethodik für derartige multi-disziplinäre Systeme unterstützt. Explizite Modellierung von Variabilität in Software führen mit der entsprechenden Werkzeugunterstützung zu systematischer Wiederverwendung im Sinne einer Plattformstrategie, für sich ein Thema mit hoher praktischer Relevanz. Diese Ansätze werden unter anderem im ViF- Projekt HybConS (Software Product Lines für automotive Systeme mit AVL) und SafEUr (EUweites Life-Long-Learning Projekt im Bereich Entwurf von sicherheitskritischen Systemen) abgedeckt. Forschungskooperationen Durch die vorgegebenen Rahmenbedingungen an den Universitäten ist natürlich die Akquirierung von Drittmitteln durch Firmenkooperation und Förderungen sehr wichtig. Das nun fast 25-jährige Bestehen des Instituts für Technische Informatik war geprägt durch eine intensive Kooperation zwischen Hochschule, Wirtschaft und Industrie. Wichtig, aus der Sicht des Institutes ist die Einwerbung neuer Drittmittel, Anstellung neuer Dissertanten und die Publikation der resultierenden Ergebnisse auf internationaler Ebene. Für die Industrie entstehen neue Methoden bzw. Prototypen, die in neuen Produkten und Systemen Anwendung finden. Diese Kooperationen ergeben eine Win-Win Situation für alle beteiligten Partner, für die Projektmitarbeiter im Sinne einer interessanten und praxisrelevanten Ausbildung. Aber auch für die Universität im Sinne industrierelevanter Themen für Forschung und Lehre und für das Unternehmen im Sinne technischen Knowhows und Mitarbeiterrekrutierung. Wissenschaftlicher Partner des VIRTUAL VEHICLE im K2-COMET Das Institut für Technische Informatik ist wissenschaftlicher Partner der ersten Stunde im COMET K2-Forschungsprogramm „K2-Mobility - Sustainable Vehicle Technologies“. Die Projekte TEODACS (abgeschlossen), HYB- CONS und MEPAS haben in den letzten fünf Jahren die Zusammenarbeit mit dem VIRTU- AL VEHICLE und den Firmen austriamicrosystems, AVL, CISC Semiconductors und Magna geprägt. In diesem Rahmen arbeiten drei Dissertanten und 8 Diplomanden an ihren wissenschaftlichen Arbeiten. Die Ergebnisse wurden auf internationalen Kongressen publiziert. Das Projekt TEODACS (Test, Evaluation and Optimization of Dependable Automotive Communication Systems) erforschte Bordnetzwerke der Zukunft durch die Analyse von realen Prototypen und Co-Simulationsumgebungen, am Beispiel von FlexRay. Das Ziel des Projektes HYBCONS (Generic Hybrid vehicle control software) ist die Entwicklung und die Implementierung einer generischen, wiederverwendbaren Hybrid-Software für Mild- und Vollhybridfahrzeuge basierend auf den Einsatz moderner Software-Entwicklungsprozesse. MEPAS (Methods and processes for automotive embedded software development, verification and validation) beschäftigt sich mit dem Entwurf, Implementierung und Evaluierung einer durchgängigen Entwicklungsumgebung für sicher- Unterstützung von Software-Variablität im ViF-Projekt HYBCONS durch Software Product Lines im Entwicklungszyklus für automobile Steuerungssoftware. Quelle: TU Graz, ITI heitsrelevante Automotive Anwendungen. Ein weiterer Schwerpunkt neben der Architektur liegt in der Methode, die zum Nachweis der Sicherheitsintegrität erforderlich ist. Die Erfahrung hat gezeigt, dass man als wissenschaftlicher Partner des VIRTUAL VEHI- CLE nicht nur Auftragnehmer ist, sondern als Partner „auf Augenhöhe“ wahrgenommen wird. Das nächste Vierteljahrhundert Die Forschungsausrichtung des Institut für Technische Informatik hat sich sowohl im Umfeld der TU Graz, mit den Firmen im Bereich der Halbleiterherstellung (austriamicrosystems AG, Infineon Technologies Austria AG, NXP Semiconductors Austria GmbH) und Automobilindustrie (AVL List GmbH, MAGNA STEYR AG & Co KG), als auch auf internationaler Ebene (IMEC-Eindhoven, University College Dublin, …) bestens bewährt. Diese ist auch weiterhin ein Garant für erfolgreiche Kooperationen, auch für neue Anwendungsgebieten wie z.B. Steuerungssysteme für Smart Grids oder E-Mobility. Besonderer Dank gilt unserem Emeritus, O.Univ.-Prof. Dr. Reinhold Weiß. Ihm ist es zu verdanken, dass das Institut für Technische Informatik einen ausgezeichneten Ruf auf nationaler und internationaler Ebene besitzt. ■ Zum Autor Ass.-Prof. Dr. Christian Steger leitet die Arbeitsgruppe Hardware/Software Codesign am Institut für Technische Informatik der TU Graz. magazine Nr. 11, I-2012 Forschungs-Partner 19
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