Dynamische Adaption in heterogenen verteilten eingebetteten ...

Kurzfassung
Eingebettete Systeme erledigen im heutigen Alltag eine Vielzahl von Aufgaben. Die geplante Lebensdauer
dieser Systeme ist dabei häufig relativ lang. Daher ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass man
die Software im Laufe der Zeit verändern möchte. Gründe hierfür kann das Beseitigen von Fehlern
sein oder der Wunsch eine Funktionalität hinzuzufügen. In komplexeren Systemen arbeiten häufig
mehrere Mikrocontroller in einem Netzwerk kooperierend zusammen. Die beteiligten Mikrocontroller
unterscheiden sich dabei nicht nur hinsichtlich ihrer speziellen Sensoren und Peripheriegeräte, sondern
auch bezüglich ihrer Leistungsfähigkeit. Die Ressourcen der einzelnen Mikrocontroller sind jedoch in
der Regel stark beschränkt, sodass man die Software nachträglich nicht beliebig erweitern kann.
Unter diesen Rahmenbedingungen soll in dieser Arbeit ein System zur dynamischen Adaption der
Software auf Mikrocontrollern vorgestellt werden. Dabei sollen größere Steuerknoten, die leistungsstärker
sind und über mehr Ressourcen verfügen, Hilfestellung für kleinere Knoten geben. Diesem
Ansatz zufolge werden die Mikrocontroller in verwaltete Knoten und Verwalter eingeteilt. Verwalter
bieten dabei Dienste zur Konfiguration und Unterstützung der verwalteten Knoten an.
Eine Voraussetzung zur flexiblen Konfiguration ist, dass die Software in kleinen Einheiten vorliegt.
Dazu wird in dieser Arbeit eine Technik vorgestellt, existierende Software in Module aufzuteilen. Der
Ansatz arbeitet auf den Objektdateien der Software und ist architekturunabhängig. Darüber hinaus muss
die Software nicht speziell vorbereitet werden. Mithilfe der Module kann ein Verwalter die Software
für einen verwalteten Knoten wie aus einem Baukasten zusammenbauen.
Die Konfigurationsoperationen umfassen dabei das nachträgliche Installieren, Entfernen und Austauschen
von Softwaremodulen. Dabei sind die Operationen zustandserhaltend und können so auch
während der Laufzeit durchgeführt werden. Dies ermöglicht das bedarfsgesteuerte Installieren oder das
temporäre Entfernen von Modulen (hier als Parken bezeichnet).
Neben Operationen zur Umkonfiguration bieten Verwalter auch die Möglichkeit, Aufgaben im
Auftrag der verwalteten Knoten durchzuführen. Hierzu wurde ein schlankes Fernaufrufsystem realisiert,
das nur geringe Ressourcenanforderungen an den verwalteten Knoten stellt. Durch Kombination von
Umkonfigurationen und Fernaufrufsystem können fast beliebige Funktionen zur Laufzeit von einem
verwalteten Knoten auf einen Verwalter verschoben werden.
Um heterogene Hardware zu unterstützen, verfügt das Fernaufrufsystem daher über eine Infrastruktur
zur automatischen Anpassung der Datendarstellung zwischen verschiedenen Knoten. Die dafür
notwendigen Informationen werden automatisch aus Debuginformationen gewonnen.
Die Realisierbarkeit des Ansatzes wurde durch die prototypische Implementierung eines Verwalters
nachgewiesen. Zur Demonstration wird außerdem eine Java-Laufzeitumgebung betrachtet, die
eigentlich zu groß ist, um für kleine Knoten geeignet zu sein. Mit dem Verwalter ist es jedoch möglich,
die Laufzeitumgebung auf kleinen Knoten zu installieren, indem unbenutzte Funktionen entfernt und
Funktionen, welche nur selten verwendet werden am Verwalter ausgeführt werden. Hierdurch können
sogar sehr kleine Knoten mit einer vollständigen Java-Umgebung ausgestattet werden.
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