Systems Research and Architecture Group (SRA)

Fachgebiet System- und Rechnerarchitektur

Our Research and Teaching activities are centered around the architecture of computing systems: From hardware over system software up to languages and compilers with a focus on constructive methods for the design and development of adaptable and versatile system software. The group is led by Prof. Daniel Lohmann.

Cherrapunjee Rain Forests" ( CC BY-SA 2.0) by  ashwin kumar

Embedded

Those machines that are closest to our everyday life are special-purpose systems embedded into the physical world. Due to this embedding, we know a lot about the surroundings of a system. We exploit this knowledge in the design of hardware and system software.

Tailored

The requirements for every system are special. However, we often favor unspecific general-purpose components over special-purpose solutions. With the techniques of automatic tailoring, we can achieve specialized systems at moderate development costs.

Systems

During the architectural design, the required functionalities are often well understood. Nonfunctional aspects are decisive for choosing a system for a given task. Especially for embedded systems, we can optimize various aspects towards the given application scenario.

News and Trivia

2019-09-23 Disputation von Dr.-Ing. Romeo Shuka - Parallele adaptive Schwarmsuche für Blackbox-Probleme
Romeo Shuka hat am seine Dissertation Parallele adaptive Schwarmsuche für Blackbox-Probleme erfolgreich verteidigt. Wir gratulieren!

Abstract: In der heutigen Wissenschaft und Wirtschaft haben wir es oft mit Systemen zu tun, welche aus Problemen bestehen, die sehr komplex und nicht einfach zu lösen sind. Aufgrund der zunehmenden Komplexität und der teilweise fehlenden Informationen ist es bereits heutzutage nicht mehr möglich, solche Probleme – welche als Blackbox-Probleme klassifiziert werden – per Hand zu lösen. Um das Maximum oder Minimum zu finden, wird auf Optimierungsmethoden zurückgegriffen, die uns ermöglichen, eine optimale Lösung für das Problem zu suchen und ggf. zu finden. Stochastische Methoden haben die letzten Jahre gezeigt, dass sie sehr gut geeignet sind, solche Probleme zu lösen. Der Vorteil der Verwendung von stochastischen Methoden ist, dass sie nicht den Gradienten des zu optimierenden Problems verwenden, so dass sie sowohl bei großen als auch bei komplexen Optimierungsproblemen erfolgreich angewendet werden können. Diese Vielseitigkeit hat aber ihren Preis. Es gibt hauptsächlich drei wesentliche Aspekte, die die Effizienz der Lösung beeinträchtigen:
  1. Die realen Probleme werden immer größer und komplizierter oder sie müssen in sehr kurzer Zeit gelöst werden, was erhebliche Ressourcen in Zeit und Hardware erfordert.
  2. Optimierungsprobleme sind durch mehrere lokale Optima charakterisiert, die ein Verfahren zur Vermeidung einer zu frühen Konvergenz erfordern.
  3. Algorithmen erfordern einige problembedingte Anpassungen ihrer Verhaltensparameter, um bessere Ergebnisse zu erzielen.
In dieser Arbeit wird ein Framework (Parallel Adaptive Swarm Search - PASS) vorgestellt, das die Ermittlung der möglichst optimalen Lösung für Black-box Probleme gewährleistet. Durch das Framework kann der Nutzer eine Mapping des Algorithmus an die vorhandene Hardware und Software (Problemart) realisieren. Es werden alle drei oben genannten Probleme behandelt. Das Problem der Parallelisierung wird durch die Umwandlung des Algorithmus von seriell zu parallel gelöst. Das Problem des Stillstands wird durch das Benutzen des Island Models behandelt und für das Problem der Adaptivität wird ein neuer Suchalgorithmus vorgestellt, welcher die Suche der optimalen Parameter beschleunigt. In dieser Arbeit wird PASS mit bekannten Verfahren aus der Literatur (wie z.B. Particle Swarm Optimization, Differential Evolution, Artificial Bee Colony usw.) mit unterschiedlichen Benchmark-Problemen verglichen. Die erste Gruppe der Benchmark-Probleme besteht aus synthetischen Funktionen bekannt aus der Literatur (wie z.B. Rastrigin Funktion, Rosenbrock Funktion) und die zweite Gruppe besteht aus Problemen aus der realen Welt.
Untersuchungen in dieser Arbeit haben gezeigt, dass die Anpassungen zu besse ren Ergebnissen führen. Durch die adaptive Natur des Frameworks, ist es in vielen Rechnerarchitekturen nutzbar und für viele Probleme anwendbar.
2019-07-09 Automatic Instance-Level Analysis in Real-Time Systems at OSPERT '19

Gerion Entrup presents our paper ARA: Automatic Instance-Level Analysis in Real-Time Systems was at the 15th Workshop on Operating System Platforms for Embedded Real-Time Applications (OSPERT '19), in Stuttgart. In the paper we describe ARA, an analysis framework and tool to detect and visualize, how a given application employs RTOS abstractions. As a tool, ARA helps to understand how the tasks of an application given as source code interact which each other. The framework itself is an important building block towards our goal of fully automatic application analysis in the AHA project.

2019-05-31 PaStA at ICSE 2019
Ralf Ramsauer presents the paper The List is the Process: Reliable Pre-Integration Tracking of Commits on Mailing Lists at the 41st International Conference on Software Engineering 2019 in Montreal. In the paper we present an approach and tooling to track otherwise invisible evolution of software changes discussed on mailing lists by connecting all early revisions of changes to their final version in the repository. Since artefact modifications on mailing lists are communicated by updates to fragments (i.e., patches) only and furthermore integrated and changed by maintainers before becoming visible in the repository, identifying semantically similar changes is a nontrivial task that our approach solves in a language-independent way. This can be used for assessing properties of open-source software (OSS) development processes, which is an essential requirement for using OSS, such as the Linux kernel, in reliable or safety-critical industrial products (e.g., autonomous driving), where certifiability and conformance to processes are crucial.
2019-03-29 Multiverse at EuroSys 2019
Florian Rommel presents the paper Multiverse: Compiler-Assisted Management of Dynamic Variability in Low-Level System Software at the Fourteenth EuroSys Conference 2019 in Dresden. In the paper we address run-time patching of binary code depending on some configuration variables. Based on seldom changing variables, the call-sites of certain functions are changed to ones pointing to specialized functions, for example ones without run-time checks of the configuration values. This allows specializing code at run-time, i.e. having dynamic variability. At load-time the code has all features and with our approach can be specialized at any time to any state, making run-time checks unnecessary.
2019-02-15 New Colleague at SRA
Tobias Landsberg joins the SRA team as Doctoral Researcher. He will strengthen our research team and, in the upcoming semester, he will manage our Bachelor's seminar (Proseminar Parallelverarbeitung) and assist in our Master's project (Projekt SRA). Welcome, Tobias!
2018-12-20 Malte Bargholz erhält Auszeichnung für Bachelorzeugnis

Der Student Malte Bargholz wurde im Rahmen des Tags der Fakultät für seine herausragenden Leistungen in seiner Bachelorprüfung geehrt. Seine herausragenden Leistungen stellte er, unter anderem, in seiner Bachelorarbeit InterSloth: Globales Hardware-gesteuertes Scheduling in einem Multikern-Echtzeitbetriebssystem auf RISC-V beim SRA unter Beweis und konnte seine Ergebnisse beim Herbsttreffen der Fachgruppe Betriebssysteme vorstellen.

2018-12-14 Semi-Extended Tasks at RTSS 2018
Christian Dietrich presents the paper Semi-Extended Tasks: Efficient Stack Sharing Among Blocking Threads at the IEEE Real-Time Systems Symposium in Nashville, TE, USA (RTSS `18). In the paper we adress the problem of worst-case stack consumption (WCSC) in real-time systems that support preemption and blocking of threads. We refine the stack-sharing granularity from the thread to function level and provide an efficient intra-thread stack-switch mechanism as well as an ILP-based analysis approach to realize tight WCSC boundaries.
2018-11-26 Inaugural Lecture

Prof. Dr.-Ing. habil. Daniel Lohmann gave his inaugural lecture at the Faculty of Electrical Engineering and Computer Science. In his presentation "Klein und sicher – Automatisch anpassbare Systemsoftware für eingebettete Spezialzweckanwendungen", Prof. Lohmann provided an entertaining introduction into our research activities and the case for highly tailorable system software.

2018-10-18 Herbsttreffen der Fachgruppe Betriebssysteme in Coburg

Studenten und Mitarbeiter des SRA nehmen am Herbstreffen der Fachgruppe Betriebssysteme in Coburg teil. Das SRA ist mit zwei Vorträgen vertreten. Malte Bargholz spricht über „InterSloth: Hardwaregestützte, globale und prioritätsgesteuerte Echtzeiteinplanung“ und Christian Dietrich präsentiert seine Arbeit über „Semi-Extended Tasks: Geteilter Stack für selbstblockierende Fäden“.

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