Extending CORBA for hard real-time systems

Abstract

Heutzutage ist die Verwendung verteilter Echtzeitsysteme Stand der Technik zur Lösung von regelungstechnischen Problemen, wie z.B.<br />Raffinerien oder modernen Autos. Solche Systeme bestehen normalerweise aus räumlich getrennten Rechenknoten, Sensoren und Aktuatoren, die über eine echtzeitf¨ahige Kommunikationsinfrastruktur zum Austausch von Daten verbunden sind.<br />Es stellt sich heraus, dass viele dieser Lösungen auf älteren Systemen aufbauen und ein großer mentaler Aufwand zu deren Verständnis notwendig ist. Derartige Systeme werden meist als 'komplex' bezeichnet. Besonders in sicherheitskritischen Systemen, wo das Überschreiten einer Zeitschranke katastrophale Folgen für Mensch, Maschine und Umwelt haben kann, ist die weitestgehende Reduktion der Komplexität essentiell. Dies kann erreicht werden durch den Einsatz einer Architektur, die das Prinzip der Composability sowohl im Wertebereich als auch im Zeitbereich unterstützt.<br />Diese Arbeit präsentiert eine CORBA-basierte Architektur für harte Echtzeitsysteme, die Vorhersagbarkeit im Übertragungsverhalten erlaubt und zeitliche Composability ermöglicht, indem eine generische Schnittstelle (basierend auf dem Interface File System) und eine zeitgesteuerte Kommunikationsschicht definiert wird. Das Kommunikationsmodell wurde so gewählt, dass sowohl Stern- als auch Bustopologien Sonderfälle dieses Modells sind. Deshalb kann jeder Algorithmus, der für diese Architektur entwickelt wurde, auch für diese beiden Topologien verwendet werden.<br />

Today, the usage of distributed real-time systems is state of the art for solving control problems, e.g., chemical plant or automotive control systems. Such systems usually consist of physically separated computing entities, sensors, and actuators, which are interconnected via a real-time communication infrastructure for exchanging data.<br />It turns out that many of these solutions are based on legacy systems and require a vast amount of mental effort for their comprehension.<br />These systems generally are labeled as 'complex'. Especially in safety critical systems, i.e., systems where missing a deadline may cause severe damage to human, animal, machine, or environment, reducing complexity as far as appropriate is essential. One approach in order to achieve this reduction is the introduction of an architecture that supports composability in the value domain as well as in the temporal domain.<br />The main contribution of this thesis is a CORBA-based architecture for a distributed hard real-time system, which provides end-to-end predictability, while retaining temporal composability, by defining a generic interface based on an Interface File System and a communication layer that is accessed in a time-triggered manner. The communication model that has been chosen for this architecture supports networks in bus topology as well as networks in star topology as special cases.<br />Thus, every algorithm for this architecture can be used for both of these topologies.