Designmethodik Hardware-/Software-Systeme

Viele Produkte sind heute nur aufgrund der integrierten Elektronik möglich. In den Bereichen Verkehr und Transport sind dies beispielsweise die vielfältigen elektronischen Systeme in Fahrzeugen, für die Verkehrsinfrastruktur, zur Erhöhung der Sicherheit, für die Koordination von Verkehrs- und Materialflüssen (Logistik), sowie in der Luft- und Raumfahrt. Auch im Gesundheitswesen bieten elektronische Geräte Möglichkeiten zur Erhaltung und Wiedererlangung von Gesundheit sowie zur Verbesserung der Lebensqualität. Hörgeräte, Herzschrittmacher, das mobile EKG, oder sogenannte „Lab-on-Chip“ für Diagnose und Therapie sind Beispiele. Mit zunehmend knappen Ressourcen müssen heutige IKT-Lösungen in den meisten Anwendungsbereichen außerdem für eine hohe Energieeffizienz entwickelt werden. Dies gilt sowohl für den aktiven Betrieb der Geräte als auch z.B. für die Standby-Zeiten, mit dem Ziel möglichst langer Batterielaufzeiten insbesondere mobiler Geräte.

Der Entwurf solcher moderner, eingebetteter Hardware- und Software-Systeme stellt Industrie und Forschung vor immer neue Herausforderungen. Diese ergeben sich sowohl durch die schnell voranschreitende Fertigungstechnologie, die immer komplexere Systemarchitekturen auf kleinstem Raum ermöglicht, als auch aus den steigenden Anforderungen moderner Anwendungen an Verarbeitungsgeschwindigkeit und Energieeffizienz. Darüber hinaus werden die Produktzyklen und die sich daraus ergebenden Marktfenster tendenziell eher enger, was wiederum die zur Verfügung stehende Entwicklungszeit verkürzt. Somit müssen nicht nur immer komplexere und qualitativ höherwertige Systeme in immer kürzerer Zeit entwickelt werden, die Entwickler müssen sich auch einem hohen Kostendruck stellen, da bei Massenprodukten oft geringe Preisunterschiede den entscheidenden Wettbewerbsvorteil ausmachen. Bei zahlreichen  Anwendungen kommt erschwerend hinzu, dass eingebettete HW/SW-Systeme oft in sicherheitskritischen Anwendungen zum Einsatz kommen. Das bedeutet, dass trotz enormen zeitlichen und ökonomischen Drucks auf die Entwickler, die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Systeme unbedingt gewährleistet sein muss. Folgerichtig ergibt sich die Notwendigkeit, den Entwurfsprozess für HW/SW-Systeme kontinuierlich zu verbessern. Dazu müssen Methoden entwickelt werden, die Entwurfsentscheidungen vereinfachen bzw. objektivieren, Teile des Entwurfsprozesses automatisieren, wobei zusätzlich sicher zu stellen ist, dass die vielfältigen, an das System gestellten Anforderungen erfüllt werden können.

Im OFFIS und an der Universität Oldenburg widmen sich mehrere Forschungsgruppen schon seit mehreren Jahren den oben genannten Fragestellungen. Konkrete Ziele sind dabei die Modellierung, Analyse, Optimierung auf höherer Abstraktionsebene und die automatisierte Synthese eingebetteter HW/SW-Systeme hinsichtlich Performance, Energieverbrauch, Robustheit, Fläche und letztlich Kosten.Diese Gruppen haben sich im Rahmen der OFFIS Neustrukturierung im Technologiecluster Design von HW-/SW-Systemen zusammengeschlossen.

Weitere Schwerpunkte des Technologieclusters bilden die Entwicklung geeigneter Spezifikations-, Verifikations- und Synthese-Methoden für komponenten-basierte Entwurfsprozesse, sowie formale Analysemethoden zur Absicherung der Annahmen an die Implementierung. Im OFFIS wurden auf diese Weise bereits innovative Werkzeuge wie z.B. für die Power-Abschätzung und -Optimierung (Werkzeug ORINOCO) und die automatisierte Synthese ausgehend von SystemC (Werkzeug FOSSY) geschaffen und teilweise bereits von OFFIS-Spin-Offs vermarktet.

Hardware-/Software-Entwurfsmethodik

Analyse nanolelektronischer integrierter Schaltungen

E/E Architektur Analyse & Design