Laufzeitgarantien für sicherheitskritische Systeme

Geht es um die Sicherheit im Auto, dann zählt jede Millisekunde. Egal ob Bremsen, Airbag oder ABS: alle Komponenten müssen rechtzeitig ihre Befehle erhalten, um ihre Aufgaben rechtzeitig ausführen zu können. Erfolgt die Weitergabe der Kommandos sowie deren Umsetzung nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne, kann es zu gefährlichen Situationen für Insassen und andere Verkehrsteilnehmer kommen.

Die Saarbrücker Wissenschaftler Dr. Christian Ferdinand und Dr. Daniel Kästner der AbsInt Angewandte Informatik GmbH haben eine Software entwickelt, die Laufzeitgarantien für zeitkritische Systeme gibt. Das Pogramm mit dem Namen „aiT Worst- Case Execution Time Analyzer“ ist weltweit das erste Werkzeug, welches automatisch das korrekte Zeitverhalten von Software in eingebetteten Systemen auch auf komplexen Prozessoren nachweisen kann. aiT basiert auf einer statischen Analyse des Cache- und Pipeline-Verhaltens einzelner Tasks. Es berechnet korrekt und präzise obere Schranken für die längstmögliche Ausführungszeit. Diese Schranken gelten für alle Eingaben und jede mögliche Taskausführung. Die bisher verbreiteten, aber fehlerträchtigen und zeitraubenden Mess-verfahren können so verkürzt oder ersetzt werden. Dies hat klare Vorteile: mit präzisen Laufzeitschranken kann das System besser ausgelastet werden, die Systemsicherheit wird erhöht und die Kosten werden reduziert. Neben der Anwendung bei der Entwicklung zukünftiger sicherheitskritischer harter Echtzeitanwendungen (Stichwort X-by-Wire), bei denen ein zu spätes Reagieren der Software fatale Folgen haben kann, bietet sich die Laufzeitanalyse auch bei der Integration verschiedener Software-Komponenten in ein Steuergerät an. Mit aiT kann dann beispielsweise nachgeprüft werden, dass bestimmte Softwarefunktionen immer innerhalb vorgegebener Laufzeitbudgets laufen. Eine Zeitüberschreitung und damit eine negative Beeinflussung der anderen Funktionen kann damit ausgeschlossen werden.

Die Methode wird auch im Automotive-Bereich eingesetzt. Für die Automobilindustrie und verschiedene Zuliefererfirmen überprüft die AbsInt GmbH die Reaktionsgeschwindigkeit etwa der Bremsregelungs- oder Motorsteuerungs-Software. Aber auch andere Bereiche können von der Entwicklung profitieren. Überall dort, wo es um Systeme geht, von denen das Leben vieler Menschen abhängt, so zum Beispiel in der Flugüberwachung, im Schienenverkehr oder in großen Industrieanlagen kann der Laufzeitanalysator nachweisen, dass alle sicherheitskritischen Abläufe immer schnell genug funktionieren.

Für die Entwicklung des Programms „aiT“ erhielten die Wissenschaftler von AbsInt den Europäischen IST- Preis 2004, den renommiertesten Technologie-Preis der Europäischen Union. Er wird jährlich für bahnbrechende Produkte im Bereich der Informationstechnologie vergeben.

Kontakt:

Dr. Christian Ferdinand
AbsInt Angewandte Informatik GmbH
Stuhlsatzenhausweg 69
66123 Saarbrücken
Tel: 06 81/8 31 83 17
E-Mail: Ferdinand@absint.com