Aufgabengebiete:
- Erstellung von Konzepten zur Hardware-Unterstützung von Checkpoint/Restore-Mechanismen
- Anpassung des Genode OS Framework für die Verwendung auf ARMv8-Hardware
- Hardware Virtualisierung auf Arm Servern
- Implementierung von AXI Protokollen
Erforderliche Kenntnisse:
- Erfahrung mit Linux-Distributionen (z.B. Ubuntu)
- Umgang mit Linux Tools (z.B. Utilities, Editors, ...)
- Grundkenntnisse in C und C++
- Vorlesung: Einführung in die Rechnerarchitektur (IN0004)
- Vorlesung: Grundlagen: Betriebssysteme und Systems Software (IN0009)
alternativ:
- Vorlesung: Betriebssysteme und hardwarenahe Programmierung für Games (IN0034)
- Praktikum: Aspekte der systemnahen Programmierung bei der Spieleentwicklung (IN0035)
Optionale Kenntnisse:
- ARM-Assembler
- Erfahrungen mit SBCs (e.g. Raspberry Pi)
- Genode OS Framework
- Fiasco.OC-/ seL4-Microkernel
Vergütung:
Die Bezahlung erfolgt nach den üblichen Tarifen und in Abhängigkeit Ihres Abschlusses. Stundenzahl und
Projektlaufzeit:
Aktuell sind für die Stelle 13 Wochenstunden geplant. Bei Bedarf kann die Zahl jedoch geringfügig nach oben/unten angepasst werden.
Projektzeitraum: 01.11.2018 bis 31.10.19
Projektbeschreibung:
Das Projekt HaCRoM beschäftigt sich mit der Thematik der dynamischen Rekonfiguration, d.h. der Migration von Softwarekomponenten zwischen verschiedenen Maschinen zur Laufzeit. Dieses Paradigma stammt aus dem Bereich der Verwaltung virtueller Maschinen (Live Migration). Anwendungsfälle finden sich im Bereich der Ausfallsicherheit sowie der effizienten Ressourcenverwaltung (Load Balancing, Energy Saving). Der Aspekt der Migration war ebenfalls Bestandteil des vorangegangenen Projekts KIA4SM. Dieses nutzte die Konzepte der Hardwarekonsolidierung und der Softwarevirtualisierung für die prototypische Entwicklung einer Integrationsarchitektur für zukünftige automotive Hardware- und Softwaresysteme. Migration wurde dort eingesetzt, um Softwarekomponenten zwischen verschiedenen, universell einsetzbaren Steuereinheiten (ECUs) auszutauschen. KIA4SM liefert die prototypische Implementierung eines gesamten Migrationsprozesses (Snapshoterstellung und -übertragung) sowie eine Hybrid-Simulator-basierte Testumgebung für Migrationsszenarien. Die Basis des Migrationsprozesses bildet ein eigens entwickelter rein Software-basierter Checkpoint/Restore-Mechanismus (C/R). Dieser ist jedoch nicht in der Lage dem Echtzeitanspruch der Gesamtarchitektur gerecht zu werden.
Innerhalb von HaCRoM wird auf die existierende C/R-Komponente aufgebaut. Ziel ist es den Mechanismus mithilfe von Hardware-Unterstützung so zu beschleunigen, dass Echtzeitfähigkeit erreicht wird. Die Hardware-Unterstützung setzt sich einerseits aus der Verwendung existierender Hardware-Funktionaliät, andererseits aus dem Einsatz eigens entwickelter, dedizierter Hardware Komponenten zusammen. Für den Einsatz bestehender beziehungsweise der Entwicklung neuer Hardware-Funktionalität werden im Projekt Konzepte entwickelt und umgesetzt. Anschließend findet eine Integration der Hardware-Unterstützung in die bestehende C/R-Komponente statt. Dazu muss, im Falle der neu entwickelten Hardware-Komponenten, dafür Sorge getragen werden, dass diese durch das eingesetzte Mikrokern-basierte Betriebssystem angesteuert werden können. Zur Demonstration des beschleunigten C/R Mechanismus kommt ein aus KIA4SM stammendes Migrationsszenario aus dem automotiven Bereich zum Einsatz. Neben dem automotiven Bereich bieten sich auch in anderen Echtzeitdomänen, z.B. in der Avionik oder der Industrieautomatisierung, Anwendungsmöglichkeiten für die Resultate des Projekts. Auch in nicht echtzeitkritischen Bereichen könnten mithilfe des Hardware-gestützten C/R-Mechanismus Migrationsprozesse beschleunigt werden. Beispiele hierfür wären in den Bereichen Cloud Computing (Virtual MachineMigration) und IoT zu finden.
Ein wesentlicher Aspekt der Hardware-Unterstützung ist die Art der im Projekt eingesetzten Hardware. Ziel von HaCRoM ist es aktuelle Trends im Bereich eingebetteter Hardware zu berücksichtigen. In der Wirtschaft existiert beispielsweise der Trend weg von teurer, speziell angefertigter Hardware hin zum Einsatz seriengefertigter (im Englischen: “commercial of-the-shelf” - COTS) Hardware. Ein Beispiel hierfür ist die Hardware (Nvidia-Prozessoren), die von Tesla zur Unterstützung des Autopiloten in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird. Innerhalb von HaCRoM wird dies berücksichtigt und Hardware-Unterstützung explizit mithilfe von COTS-Hardware konzipiert und entwickelt. Ein weiterer Trend ist, dass generalistische, leistungsstarke Prozessoren von dedizierten Koprozessoren unterstützt weden. Die Entwicklung eigener Hardware Accelerator steht daher ebenfalls im Fokus von HaCRoM.
Ansprechpartner:
David Werner: david.werner@tum.de
Sebastian Eckl: sebastian.eckl@tum.de