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TU Berlin

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Forschung

Hauptforschungsrichtungen

Eingebettete Systeme sind eine der wichtigsten Anwendungen der Informationstechnologie, und ihre Bedeutung wird in Zukunft noch weiter wachsen. Man findet sie zum Beispiel in Kraftfahrzeugen und Flugzeugen, im Telekommunikationsbereich, wie in Mobiltelefonen, in der Medizintechnik, im Multimediabereich und in vielen weiteren Gebieten. Auch wenn eingebettete Systeme bereits seit vielen Jahren entworfen und konstruiert werden, so kann man die Komplexität heutiger und zukünftiger Systeme nur dann bewältigen, wenn man verstärkt rechnergestützte Verifikations-, Entwurfs- und Synthesemethoden einsetzt. Diese Komplexität entsteht nicht nur durch die zunehmende Größe heutiger Systeme, sondern auch durch deren Heterogenität. So müssen analoge und digitale Komponenten, mechanische und elektronische Teilsysteme ebenso wie Hardware- und Software-Anteile zuverlässig und effizient zusammen agieren. Weiterhin sind eingebettete Systeme reaktive, verteilte und nebenläufige Systeme, die in der Regel Echtzeitanforderungen erfüllen müssen. Dies bedeutet, dass bei Entwurf, Synthese und Programmierung eingebetteter Systeme eine Vielzahl von Problemen zuverlässig und effizient gelöst werden müssen. Dieser komplexen Aufgabenstellung widmet sich das Fachgebiet "Software and Embedded Systems Engineering" in Forschung und Lehre.
Folgende Themen bilden unsere Forschungsschwerpunkte:

  • Qualitätssicherung für eingebettete Systeme: Eingebettete Systeme sind sehr oft sicherheitskritische Anwendungen, deren korrekte Funktionsweise notwendige Voraussetzung ist, insbesondere, wenn ein Fehler oder Ausfall enorme negative Konsequenzen hat oder gar den Verlust von Menschenleben fordert. Satelliten, eingebettete Systeme im medizinischen Bereich oder Automobilsteuerungen sind Beispiele für solche Systeme. In derartigen Systemen sind unentdeckte Fehler besonders kritisch, weil man nicht weiß, wann sie auftreten und welche Schäden sie nach sich ziehen können. Testen als Validierungsmethode kann Fehler nicht vollständig auffinden. Will man die Korrektheit der Systeme sicherstellen, muss man formal die Korrektheit der eingesetzten Systemkomponenten und ihrer Interaktionen bzgl. zu definierender Spezifikationen zeigen.
  • Software-Engineering für eingebettete Systeme: Der Software-Anteil in eingebetteten Systemen spielt eine zunehmend größere Rolle. . Zum Beispiel betrug in einem PKW gehobener Ausstattung im Jahr 2003 die Größe eingebetteter Software 70 MB, in aktuellen Fahrzeugen sind bereits bis zu 1 GB Software enthalten. Ähnlich wie das exponentielle Wachstum im Hardwarebereich mit Moore's Law charakterisiert wird, beobachtet man analoge Gesetzmäßigkeiten bei eingebetteter Software: "For many products in the area of consumer electronics the amount of code is doubling every two years. ... Indeed, embedded software is the fastest increasing area of information technology ..." (aus: G. Rozenberg, F.W. Vaandrager: Lectures on Embedded Systems, Introduction. Springer Verlag, LNCS Vol. 1494, 1998.). Diese Entwicklung kann nur dann erfolgreich fortgeführt werden, wenn Methoden und Werkzeuge entwickelt und bereit gestellt werden, mit denen eingebettete Anwendungen korrekt, zuverlässig und effizient erstellt werden können. Das ist eine der Fragestellungen, mit denen sich das Fachgebiet "Software and Embedded Systems Engineering" beschäftigt.
  • Entwurf und Synthese eingebetteter Systeme: Aufgrund der zunehmenden Komplexität eingebetteter Systeme und insbesondere wegen ihres zunehmenden Software-Anteils wird es immer wichtiger, Entwurf und Realisierung eingebetteter Systeme einheitlich zu betrachten und rechnergestützt zu automatisieren. Nur mit maschineller Unterstützung kann man die Komplexität zukünftiger Systeme beherrschen. Die besondere Schwierigkeit bei dieser Aufgabe besteht in der Heterogenität eingebetteter Systeme. Viele verschiedenartige Komponenten und ihre Interaktionen müssen beherrscht werden. Vor allem die Aufteilung der Funktionalität eines eingebetteten Systems in Hardware- und Softwarekomponenten ist eine komplizierte Aufgabe. Eine weitere Schwierigkeit entsteht durch die oft irregulären Strukturen eingebetteter Prozessoren, die für spezielle Anwendungen konstruiert werden und für die die üblichen Codegenerierungsverfahren aus dem Compilerbau nicht direkt geeignet sind. Auch an diesen Fragestellungen arbeitet das Fachgebiet "Software and Embedded Systems Engineering".

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