DE102006010400A1

DE102006010400A1 - Verfahren zur Erstellung eines optimierten Ablaufplans für ein zeitgesteuertes verteiltes Rechnersystem

Info

Publication number: DE102006010400A1
Application number: DE102006010400A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr.-Ing. Stolpe
Original assignee: Dspace GmbH; Dspace Digital Signal Processing and Control Engineering GmbH
Current assignee: Dspace GmbH
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2006-03-03
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2026-03-04
Also published as: DE102006010400B4; JP5404060B2; JP2009528644A; EP1997005A1; US8271984B2; WO2007101590A1; US20100043001A1

Abstract

Beschrieben und dargestellt ist ein Verfahren zur Erstellung eines optimierten Ablaufplans (P) zur Durchführung einer Funktionalität mittels eines zeitgesteuerten verteilten Rechnersystems, wobei das verteilte Rechnersystem und die Funktionalität eine Menge von - insbesondere strukturellen und funktionalen - Elementen (ei, e1,i, e2,i) wenigstens einer Elementklasse (Ei, E1, E2) aufweisen und die Elemente (ei, e1,i, e2,i) - zumindest teilweise - in Abhängigkeit stehen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile von aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren bei der Erstellung eines optimierten Ablaufplans für verteilte Rechnersysteme - zumindest teilweise - zu vermeiden. Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem die aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist zunächst und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Abhängigkeiten zwischen den Elementen (ei, e1,i, e2,i) erkannt, klassifiziert und die Elemente (ei, e1,i, e2,i) korrespondierenden Abhängigkeitsklassen (Ai, A1, A2) zugeordnet werden und daß eine Optimierung des Ablaufplans (P) durch Koordination von Elementen (ei, e1,i, e2,i) mindestens einer Abhängigkeitsklasse (Ai, A1, A2) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung eines optimierten Ablaufplans zur Durchführung einer Funktionalität mittels eines zeitgesteuerten verteilten Rechnersystems, wobei das verteilte Rechnersystem und die Funktionalität eine Menge von – insbesondere strukturellen und funktionalen – Elementen wenigstens einer Elementklasse aufweisen und die Elemente – zumindest teilweise – in Abhängigkeit stehen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein auf die Durchführung des Verfahrens gerichtetes Computerprogramm.

Verteilte Rechnersysteme der in Rede stehenden Art sind seit längerem bekannt und werden in nahezu allen Bereichen der Technik in zunehmendem Maße verwendet, insbesondere in solchen Bereichen, in denen auf komplexe, räumlich ausgedehnte Prozesse im weitesten Sinne steuernd eingewirkt werden soll.

In modernen meß-, regel- und steuerungstechnischen Systemen werden zentrale Rechnersysteme mit verteilter Sensorik und Aktuatorik verstärkt durch verteilte Rechnersysteme ersetzt, bei denen mehrere räumlich verteilte Rechenknoten lokale Prozeßsteuerungsaufgaben übernehmen und über den jeweiligen Rechenknoten direkt – also auf kurzem Wege – mittels zugeordneter Sensoren und Aktuatoren mit dem zu beeinflussenden Prozeß in Verbindung stehen. Im Regelfall sind die lokalen Teilprozesse eines Gesamtprozesses funktional aneinander gekoppelt, so daß es sinnvoll oder sogar notwendig ist, die den Teilprozessen zugeordneten Rechenknoten über einen Datenkanal miteinander zu verbinden, so daß beispielsweise den Prozeß beschreibende Zustandsgrößen, die nicht auf allen Rechenknoten verfügbar sind, zwischen den Rechenknoten ausgetauscht und dann lokal von beliebigen Rechenknoten zur Prozeßsteuerung genutzt werden können.

Je nach Anwendungsfeld ergeben sich verschiedene Anforderungen an ein verteiltes Rechnersystem, wie z. B. bezüglich des Datendurchsatzes über den Datenkanal, der Erweiterbarkeit hinsichtlich Architektur und Funktionalität, der Sicherheit beziehungsweise Fehlertoleranz der Kommunikation und der sicheren zeitlichen Planbarkeit der auf dem verteilten Rechnersystem implementierten Funktionalität, aber auch hinsichtlich des physikalischen Übertragungsmediums des Datenkanals. Aus diesen – teils widersprüchlichen – Anforderungen an ein verteiltes Rechnersystemen haben sich im Laufe der Zeit verschiedene Systeme herausgebildet, die diesen Ansprüchen in ganz unterschiedlichem Maße gerecht werden; zu nennen sind hier beispielsweise LIN, CAN, TTCAN, MOST, Bluetooth, Byteflight, TTP und FlexRay.

Aus den vorgenannten Beispielen ist ersichtlich, daß es sich bei den Rechenknoten des verteilten Rechnersystems um beliebige technische Einheiten handeln kann, die in der Lage sind, auf elektronischem Wege Berechnungen im allgemeinen Sinne durchzuführen; es kann sich bei den Rechenknoten um Steuergeräte mit angeschlossenen Sensoren und Aktuatoren handeln, genauso wie um deutlich weniger leistungsfähige Feldgeräte eines einfachen Haus-Installationssystems oder um extrem leistungsfähige Module eines Simulationsrechners.

Genausowenig, wie das Einsatzgebiet und die genaue technische Ausgestaltung der Rechenknoten des verteilten Rechnersystems von Belang ist, genausowenig ist die Ausgestaltung des die Rechenknoten verbindenden Datenkanals beziehungsweise der Datenkanäle von Bedeutung; wesentlich ist allein, daß die Rechenknoten über den – physikalisch und vom verwendeten Kommunikationsprotokoll her beliebig ausgestalteten – Datenkanal Nachrichten austauschen können.

Im Bereich hochdynamischer Prozesse mit erhöhten Sicherheitsanforderungen (KFZ, Avionik, X-by-Wire-Applikationen) werden zunehmend zeitgesteuerte verteilte Rechnersysteme wie zum Beispiel TTCAN (Time-Triggered CAN), TTP (Time-Triggered Protocol) und FlexRay eingesetzt, deren Zeitverhalten, was die Ausführung von Funktionalität auf den einzelnen Rechenknoten und den Austausch von Daten über den Datenkanal zwischen den Rechenknoten angeht – zumindest teilweise – planbar und vorgebbar ist, so daß das Zeitverhalten auch garantiert werden kann.

Die Kommunikation über den Datenkanal eines zeitgesteuerten verteilten Rechnersystems kann zu bestimmten zeitlichen Anteilen zwar auch ereignis gesteuert sein, das heißt zufällige Ereignisse und Prozesse können in beliebiger Weise den Datenkanal in bestimmten, wohldefinierten Zeitintervallen (Zeitscheiben, Slots) belegen, die Belegung des Datenkanals zum Informationsaustausch zwischen den Rechenknoten des verteilten Rechnersystems ist in den anderen Zeitintervallen jedoch fest verplant. Das bedeutet, daß in den nicht für die ereignisgetriebene Ausführung von Funktionalität auf den Rechenknoten und Kommunikation zwischen den Rechenknoten vorgesehenen Zeiträumen exakt vorgegebene Rechenknoten nur zu genau definierten Zeiten genau definierte Nachrichten zu genau definierten Zielen verschicken dürfen und dies mit Sicherheit auch tun können, da ein ereignisgetriebener Datenaustausch zu diesen Zeiten zwischen den Knoten unterdrückt wird. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sich zeitgesteuerte verteilte Rechnersysteme insbesondere auch zur Realisierung von zeitdiskreten Abtastsystemen, die auf der streng periodischen Abfolge des Empfangs von aktuellen Eingabewerten – insbesondere anderer Rechenknoten -, der Berechnung von Ausgabewerten/Signalen und der Ausgabe der Ausgabewerte beruht.

Die Vorgabe des zeitlichen Verhaltens eines zeitgesteuerten Rechnersystems erfolgt üblicherweise durch einen Ablaufplan (Schedule), in dem exakt festgelegt ist, welche Elemente des verteilten Rechnersystems in welcher bestimmten zeitlichen Abfolge welche Elemente der mittels des Rechnersystems durchzuführenden Funktionalität ausführen.

Es ist leicht vorstellbar, daß der Entwurf eines solchen Ablaufplans aufgrund der enormen Anzahl von Freiheitsgraden, um beispielsweise funktionale Elemente – also Teilfunktionen – strukturellen Elementen – also Rechenknoten beziehungsweise Untereinheiten eines Rechenknotens – zuzuordnen oder z. B. um funktionale Elemente zeitlich zueinander anzuordnen, ein extrem schwer faßbares und lösbares Problem darstellt, insbesondere dann, wenn nicht nur irgendeine gültige Lösung aus der Menge aller möglichen Lösungen für den Ablaufplan gefunden werden soll, sondern eine nach bestimmten Kriterien optimale Lösung.

Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise bekannt, zur Erleichterung des Entwurfs eines solchen Ablaufplans einen grafischen Planungseditor zur Verfügung zu stellen, der es erlaubt, die einzelnen strukturellen und funktionalen Elemente des zu planenden verteilten Rechnersystems in anschaulicher Weise grafisch miteinander in Beziehung zu setzen und in einen gesamten zeitlichen Ablauf zu bringen, wobei die Planung aber zusätzlich durch eine sogenannte Worst-Case-Execution-Time-Analyse (WCET-Analyse) unterstützt wird, deren Ergebnis die Angabe der benötigten Zeit zur Ausführung einer Funktionalität (Anwendung, Kommunikation) auf einem bestimmten Rechenknoten ist (Ringler, T.:" Entwicklungswerkzeug für zeitgesteuerte Systeme", Automotive Engineering Partners, 6/2001, S. 54-56).

Ferner ist bekannt, zur automatischen Erstellung eines optimierten Ablaufplans genetische Algorithmen zu verwenden ( DE 102 11 517 A1 ). Das Verfahren geht dabei von einer möglichen Lösung für einen Ablaufplan aus und ändert diesen durch mehrere Zufallsprozesse ab. Die aus diesen Zufallsprozessen erhaltenen weiteren möglichen Lösungen für Ablaufpläne werden einer Gütebewertung unterzogen, wobei der geeignetste oder die geeignetsten Ablaufpläne dann einer weiteren Zufallsvariation, Bewertung und Auswahl unterzogen werden. Durch Fortsetzen dieses Prozesses werden, ausgehend von einer beliebigen und vollständigen Anfangslösung, also einer Lösung, die alle Elemente des zeitgesteuerten verteilten Rechnersystems samt seiner Funktionalität umfaßt, fortwährend "bessere" Lösungen gefunden, bis der Suchprozeß schließlich abgebrochen wird. Nachteilig an dem Verfahren ist beispielsweise, daß eine oder mehrere – vollständige – Lösungen für den Ablaufplan als Ausgangspunkt der Optimierung vorliegen müssen, wobei keine Bewertung der Ausgangslösung möglich ist und auch fraglich ist, wie die Ausgangslösung gefunden werden soll.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die aufgezeigten Nachteile bei der Erstellung eines optimierten Ablaufplans für verteilte Rechnersysteme – zumindest teilweise – zu vermeiden.

Die aufgezeigte Aufgabe ist erfindungsgemäß zunächst und im wesentlichen bei einem Verfahren zur Erstellung eines optimierten Ablaufplans zur Durchführung einer Funktionalität mittels eines zeitgesteuerten verteilten Rechnersystems, wobei das verteilte Rechnersystems und die Funktionalität eine Menge von Elementen wenigstens einer Elementklasse aufweisen und die Elemente – zumindest teilweise – in Abhängigkeit stehen, dadurch gelöst, daß die Abhängigkeiten zwischen den Elementen erkannt, klassifiziert und die Elemente korrespondierenden Abhängigkeitsklassen zugeordnet werden und eine Optimierung des Ablaufplans durch Koordination von Elementen mindestens einer Abhängigkeitsklasse erfolgt.

Im Unterschied zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren geht dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Analyse der Elemente des verteilten Rechnersystems und der Elemente der auf dem verteilten Rechnersystem auszuführenden Funktionalität voraus. Bei den Elementen des verteilten Rechnersystems handelt es sich beispielsweise um dessen Rechenknoten und möglicherweise um separat ansprechbare Untereinheiten der Rechenknoten, wie z. B. I/O-Gruppen, CPU, Kommunikations-Controller und Datenkanal-Schnittstellen.

Bei den Elementen der auf dem verteilten zeitgesteuerten Rechnersystem auszuführenden Funktionalität handelt es sich um Funktionsmodule, die beispielsweise die Berechnung einer Anwendung – etwa eines Regelalgorithmus oder die Durchführung einer zeitgesteuerten Kommunikation – zeitgesteuertes Senden und Empfangen von Nachrichten – mit anderen Rechenknoten des verteilten Rechnersystems betreffen. Diese strukturellen und funktionalen Elemente lassen sich korrespondierenden Elementklassen zuordnen; so bilden beispielsweise alle für die Versendung eines Signals verantwortlichen funktionalen Elemente die Elementklasse der Sende-Funktionen und alle zur Berechnung einer Anwendung auf einem Rechenknoten verantwortlichen Elemente die Elementklasse der Anwendungs-Funktionen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf bestimmte Elementklassen festgelegt oder beschränkt, vielmehr ist die Bildung ganz unterschiedlicher und beliebiger Elementklassen möglich, die Definition von Elementklassen obliegt dem Verwender des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß die Elemente der Elementklassen voneinander abhängig sein können, also in einem bestimmten – oder auch keinem – Bezug zueinander stehen; dies kann sowohl für Elemente aus ein und derselben Elementklasse gelten wie auch für Elemente aus verschiedenen Elementklassen.

Beispielsweise sind Elemente aus der Elementklasse der Anwendungs-Funktionen abhängig voneinander, wenn der unter Verwendung einer ersten Anwendungs-Funktion berechnete Ausgangswert als Eingangswert einer weiteren Anwendungs-Funktion dient. Es kann folglich unterschieden werden zwischen der Abhängigkeitsklasse der Anwendungs-Funktionen, die als Eingangswert den Ausgangswert einer anderen Anwendungs-Funktion verwenden, und der Abhängigkeitsklasse derjenigen Anwendungs-Funktionen, die von keinem solchen Eingangswert abhängig sind.

Einerseits durch die Klassifikation der Elemente des zeitgesteuerten verteilten Rechnersystems und seiner Funktionalität nach bestimmten Abhängigkeitskriterien, andererseits durch die daraus resultierenden Abhängigkeitsklassen und ferner durch die Beschränkung der Koordination der Elemente auf wenigstens eine Abhängigkeitsklasse ist es erfindungsgemäß möglich, die Optimierung des Zeitplans durch Koordination lediglich einer sinnvollen Teilmenge von Elementen zu beginnen. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren nicht notwendig, von einem bereits bestehenden vollständigen Ablaufplan auszugehen, sondern der Ablaufplan kann durch Optimierung lediglich einer Teilmenge von Elementen schrittweise entwickelt werden.

Unter "Koordination von Elementen" sind ganz allgemein die Vorgänge a) Abwandlung einer Zusammenstellung/Zusammenfassung von Elementen, b) Bewertung der Abwandlung und c) Auswahl einer Abwandlung/mehrerer Abwandlungen zu verstehen. Die Abwandlung einer Zusammenstellung von Elementen kann lediglich ein – zeitliches oder örtliches – Umsortieren von Elementen darstellen, dazu kann jedoch auch die Zusammenfassung von zusammengestellten Elementen zu einem neuen Element treten.

Die Abwandlung einer Zusammenstellung von Elementen an sich ist bei deterministischen Optimierungsverfahren durch das Optimierungsverfahren selbst vorgegeben. Dahingegen werden bei Anwendung stochastischer Optimierungsverfahren und auch genetischer Algorithmen mehrere Veränderungen der Zusammenstellung von Elementen per Zufallsereignis vorgenommen, woraufhin die erhaltenen Abwandlungen durch Anwendung eines Gütekriteri ums bewertet werden. Abschließend wird das beste Optimierungsergebnis oder werden die besten Optimierungsergebnisse in einem weiteren Koordinationsschritt sukzessiv weiter verbessert.

Als Gütekriterium für die Optimierung eines Ablaufplans durch Koordination von Elementen sind verschiedene Größen geeignet, und die Auswahl eines entsprechenden Gütekriteriums hängt letztlich von den Entwurfszielen ab, die für die Erstellung eines optimierten Ablaufplans als maßgeblich angesehen werden. Mögliche Gütekriterien können beispielsweise basieren auf der Busauslastung, der Periodendauer des Ablaufplans, der Anzahl der zu übertragenden Nachrichten, der Anzahl der benötigten Rechenknoten und der Worst-Case-Execution-Time von der auf dem Rechnersystem auszuführenden Funktionalität beziehungsweise von auf den Rechenknoten auszuführenden Teilfunktionalitäten.

Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Verfahren derart ausgeführt, daß die Elemente wenigstens einer Abhängigkeitsklasse vollständig koordiniert werden, bevor die Elemente einer weiteren Abhängigkeitsklasse koordiniert werden. "Vollständig" ist hier nicht absolut zu verstehen, da es durchaus vorkommen kann, daß nicht alle Elemente tatsächlich koordiniert werden können; vollständig ist demnach zu verstehen im Sinne von "vollständig, soweit durchführbar oder soweit es das Problem zuläßt". Durch diese Maßnahme wird die durch das erfindungsgemäße Verfahren gewonnene Übersichtlichkeit der Optimierung des Ablaufplans durch Koordination sinngebender Teilmengen von Elementen (Abhängigkeitsklassen) konsequent fortgeführt. Wenn bei dieser Vorgehensweise von der Koordination einer Abhängigkeitsklasse zu einer neuen Abhängigkeitsklasse übergegangen wird, müssen die Elemente bereits koordinierter Abhängigkeitsklassen nicht mehr in der Koordination berücksichtigt werden, sie werden gleichermaßen als Fixpunkte in dem teilentworfenen Ablaufplan behandelt.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bei der Koordination von Elementen wenigstens einer Abhängigkeitsklasse die jeweils aus ein und derselben Elementklasse stammenden Elemente separat koordiniert. Diese Vorgehensweise hat sich bei bestimmten Elementklassen als besonders vorteilhaft herausgestellt, beispiels weise bei der Koordination gleichartiger Kommunikations-Funktionen. Sie ist dann zweckmäßig, wenn mehrere Sende-Funktionen von identischen Knoten auf identische Knoten innerhalb sich überschneidender Zeitintervalle in Nachrichten verpackte Signale senden. In diesem Fall muß nicht jedes Signal separat mit einer eigenen Nachricht über den Datenkanal verschickt werden, sondern es bietet sich die Zusammenfassung mehrere Signale in einer einzigen Nachricht an, die mit einer einzigen Sende-Funktion verschickt werden kann, sofern das Summensignal in einer einzigen Nachricht (Frame) Platz findet.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es dagegen vorteilhaft, bei der Koordination von Elementen die Elemente verschiedener Elementklassen kombiniert zu koordinieren; hier sei beispielhaft angeführt die kombinierte Koordination von Elementen aus der Elementklasse der Anwendungs-Funktionen zusammen mit Elementen aus der Elementklasse der Rechenknoten; ohne diese kombinierte Koordination wäre es nicht möglich, eine Anwendungs-Funktion, die an keinen speziellen Rechenknoten gebunden ist, einem anderen Rechenknoten zuzuweisen als dem ursprünglich vorgesehenen.

Das erfindungsgemäß Verfahren ist dann in besonders übersichtlicher Weise auszuführen, wenn die Optimierung innerhalb wenigstens einer Abhängigkeitsklasse iterativ durchgeführt wird, wobei in jedem Schritt nur eine Auswahl – also eine Teilmenge – von Elementen der Abhängigkeitsklasse koordiniert wird. Bevorzugt werden so viele Iterationsschritte durchgeführt, bis alle Elemente der Abhängigkeitsklasse koordiniert sind bzw. bis keine weiteren Elemente der Abhängigkeitsklasse mehr koordinierbar sind; es hängt wiederum von der Problemstellung ab, ob sich tatsächlich alle Elemente koordinieren lassen.

Durch die Festlegung der ersten Auswahl von Elementen der Abhängigkeitsklasse wird die mit dem Verfahren theoretisch erreichbare Lösungsmenge eingeschränkt, da eine Koordination – Austausch, Zuordnung, Verschmelzung – von Elementen der ersten Auswahl aus der Abhängigkeitsklasse und von Elementen darauf folgender Teilmengen aus der Abhängigkeitsklasse nicht möglich ist.

Eine größere Menge von Lösungen aus der gesamten Lösungsmenge eines optimierten Ablaufplans ist in einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens dann erreichbar, wenn die Koordination innerhalb eines Iterationsschritts jeweils mehrfach mit einer anderen Elementauswahl aus einer Abhängigkeitsklasse durchgeführt wird und der folgende Iterationsschritte mit derjenigen koordinierten Elementauswahl fortgeführt wird, die das beste Optimierungsergebnis in dem vorangegangenen Iterationsschritte erzielt hat. Grundsätzlich kann das finale Optimierungsergebnis des Ablaufplans bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besser sein als wenn in jedem Iterationsschritt nur mit einer einzigen Elementauswahl gearbeitet wird; im Gegenzug ist mit entsprechend höheren Laufzeiten für die Durchführung des Verfahrens zu rechnen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden während der Optimierung des Ablaufplans Konsistenzprüfungen bezüglich des erzielten (Teil-) Ergebnisses durchgeführt, die insbesondere darauf gerichtet sind, die Einhaltung vorgegebener und/oder systemimmanenter Randbedingungen zu überprüfen. Durch den Benutzer kann beispielsweise vorgegeben sein, daß eine bestimmte Anwendungs-Funktion auf einem bestimmten Rechenknoten des Rechnernetzwerks zu berechnen ist, was zum Beispiel dann sinnvoll sein kann, wenn das Ergebnis der Berechnung dieser Anwendungs-Funktionen über eine bestimmte I/O-Schnittstelle des betreffenden Rechenknotens direkt ausgegeben werden soll, etwa weil nur dieser Rechenknoten über diese I/O-Schnittstelle verfügt. Schlägt die Konsistenzprüfung fehl, wird der vorangegangene Optimierungs- bzw. Koordinationsschritt verworfen und durch einen weiteren, abgewandelten Koordinationsschritt ersetzt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Elemente oder eine Auswahl der Elemente des verteilten zeitgesteuerten Rechnersystems beziehungsweise der auf dem Rechnersystem zu implementierenden Funktionalität der Klasse der einfachen Abhängigkeiten oder der Klasse der komplexen Abhängigkeiten zugeordnet. In einer einfachen Abhängigkeit befinden sich all solche Elemente, die nicht von einem Zustand oder einem Ausgangswert des jeweils anderen Elements abhängig sind.

Wenn beispielsweise zwei Anwendungs-Funktionen lediglich eine dritte Anwendungs-Funktion speisen, dann befinden sich die beiden Anwendungs-Funktionen in einem einfachen Abhängigkeitsverhältnis. Speist jedoch eine erste Anwendungs-Funktion mittelbar über eine zweite Anwendungs-Funktion eine dritte Anwendungs-Funktion, dann befinden sich die erste und die zweite Anwendungs-Funktion in einem komplexen Abhängigkeitsverhältnis.

Die Unterscheidung zwischen der Klasse der einfachen und der komplexen Abhängigkeiten ist deshalb sinnvoll, weil Elemente, die nur einfach voneinander abhängig sind, praktisch beliebig durch Zuordnen beziehungsweise Zusammenfassen koordinierbar sind. Dahingegen können komplex voneinander abhängige Elemente nicht zusammengefaßt werden – beispielsweise im Sinne einer gleichzeitigen Ausführung –, da eines der Elemente so rechtzeitig vor dem anderen Elemente ausgeführt werden muß, daß dieses den Zustand beziehungsweise die Ausgabe des ersten Elementes für seine Berechnung verwenden kann.

Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es besonders vorteilhaft, wenn die Koordination der Elemente der Klasse der einfachen Abhängigkeiten vor der Koordination der Elemente der Klasse der komplexen Abhängigkeiten erfolgt.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das erfindungsgemäße Verfahren mit einem verteilten zeitgesteuerten Rechnersystem verwendet, das auf dem FlexRay-Standard basiert und wenigstens zwei über einen F1exRay-Bus verbundene Rechenknoten aufweist, wobei die für die Optimierung des Ab-laufplans verwendeten Elementklassen wenigstens eine der Klassen FTCom-, Transmissions-, Applikations-Task, Signale, Nachrichten und Rechenknoten umfassen, wobei sich die Klasse der FTCom-Tasks gliedert in die Klassen FTCom-Sender- und FTCom-Receiver-Task. Bei den verwendeten Begriffen handelt es sich um übliche Bezeichnungen der Hard- und Software-Komponenten eines FlexRay-Systems.

FTCom-Tasks dienen dem Schreiben/Lesen von Nachrichten seitens des Rechenknotens in/aus dem Buffer des Kommunikations-Controllers, der einem Rechenknoten zugeordnet ist, wohingegen Transmissions-Tasks der busseiti gen Übertragung von Nachrichten dienen. Der Begriff "Task" ist hier nicht einengend im Sinne der Task eines Betriebssystems zu verstehen, also der kleinsten von dem Betriebssystem plan- und ausführbaren Einheit, vielmehr kann Task hier auch im Sinne einer abstrakten Funktion aufgefaßt werden, wobei eine solche Funktion dann nach der Planung einzeln als Task (eines Betriebssystems) oder mehrere Funktionen zusammen – eben nach vorgenommener Koordination – als Task (eines Betriebssystems) ausgeführt werden.

Um größtmögliche Flexibilität bei der Optimierung des Ablaufplans eines F1exRay-Systems zu erzielen, wird zur Vorbereitung der Koordination jedem Signal des FlexRay-Systems eine eigene FlexRay-Nachricht zugeordnet, die mit einer eigenen FTCom-Task verknüpft ist. Nur so sind maximale Freiheitsgrade für die Optimierung des Ablaufplans gewährleistet.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des zuvor beschriebenen Verfahrens werden FTCom-Tasks der Abhängigkeitsklasse der einfachen Abhängigkeiten zugeordnet und koordiniert, wenn sie vom gleichen Typ (FTCom-Sender oder FTCom-Receiver) sind, wenn sie demselben Applikationsknoten zugeordnet werden können und wenn sie identische Paare sendender und empfangender Rechenknoten aufweisen bzw. identische Sende- und Empfangsknoten aufweisen. Im einfachsten Fall werden FTCom-Tasks, die diese Eigenschaften aufweisen, koordiniert, wenn ihre Startzeiten übereinstimmen

Dagegen können FTCom-Tasks der Abhängigkeitsklasse der komplexen Abhängigkeiten zugeordnet und koordiniert werden, wenn sie – wie zuvor – vom gleichen Typ (FTCom-Sender oder FTCom-Receiver) sind, wenn sie demselben Applikationsknoten zugeordnet werden können und wenn sich ihre Start-Zeitintervalle überschneiden.

Zusätzlich kann es sinnvoll sein, die Koordination von FTCom-Tasks an ihre Startzeiten zu knüpfen. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden FTCom-Tasks deshalb nur dann koordiniert, wenn ihre Startzeiten nicht mehr als um einen bestimmten Betrag voneinander abweichen, wobei dieser Betrag beispielsweise vom Nutzer des Verfahrens vorgegeben werden kann; im einfachsten Fall wird die Übereinstimmung der Startzeiten gefordert.

Entsprechend ihrer Aufgabe, die Übertragung von Nachrichten auf dem Bus zu koordinieren, können Transmissions-Tasks der Abhängigkeitsklasse der einfachen Abhängigkeiten zugeordnet und koordiniert werden, wenn zunächst ihre gemeinsamen Signale die maximale Länge einer FlexRay-Nachricht nicht überschreiten; die Länge einer FlexRay-Nachricht ist nicht beliebig wählbar, sondern vielmehr durch das FlexRay-Protokoll vorgegeben, wobei in einer FlexRay-Nachricht mehrere Signale gebündelt werden können, die FlexRay-Nachricht also gewissermaßen ein Rahmen (Frame) für mehrere zu übertragende Signale sein kann. Eine Zuordnung zur Abhängigkeitsklasse der einfachen Abhängigkeiten findet insbesondere dann statt, wenn die Transmissions-Tasks zusätzlich gleiche Startzeiten aufweisen.

Sinngemäß können Transmissions-Tasks der Abhängigkeitsklasse der komplexen Abhängigkeiten zugeordnet und koordiniert werden, wenn ihre gemeinsamen Signale die maximale Länge einer FlexRay-Nachricht (Frame) nicht überschreiten, wenn sie identischen sendenden Applikationsknoten zugeordnet werden können und sie sich überschneidende Start-Zeitintervalle aufweisen. In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auch die Koordination von Transmissions-Tasks an ihre Startzeiten geknüpft. In diesem Fall werden Transmissions-Tasks dann koordiniert, wenn ihre Startzeiten nicht mehr als um einen – beispielsweise nutzerseitig vorgegebenen – Betrag voneinander abweichen.

Nach einer eigenständigen Lehre betrifft die Erfindung ferner auch ein Computerprogramm, um die zuvor beschriebenen Verfahrensschritte durchzuführen, wenn das Programm auf einer Datenverarbeitungsanlage durchgeführt wird.

Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäßen Verfahren und das erfindungsgemäße Computerprogramm auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 18 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
1 die Optimierung eines Ablaufplans nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 die schematische Darstellung eines Ablaufplans für ein verteiltes zeitgesteuertes Rechnersystem,
3 die Optimierung eines Ablaufplans nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
4a, 4b die Darstellung von Elementen in einfacher und komplexer Abhängigkeit und
5 die Optimierung eines Ablaufplans nach einem letzten bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt eine schematische Übersicht über die wesentlichen Komponenten des erfindungsgemäßen Verfahrens, das üblicherweise von einer Datenverarbeitungsanlage ausgeführt wird und mit dessen Hilfe ein optimierter Ablaufplan P zur Durchführung einer Funktionalität mittels eines nicht dargestellten zeitgesteuerten verteilten Rechnersystems erstellt werden kann.
Das verteilte Rechnersystem und die Funktionalität weisen eine Menge von strukturellen und funktionalen Elementen e_1,i, e_2,i auf, die im vorliegenden Fall lediglich zwei Elementklassen E₁, E₂ zugeordnet sind. Die Elemente e_1,i, e_2,i beschreiben das verteilte zeitgesteuerte Rechnersystemen und die durch das Rechnersystemen zu realisierende Funktionalität. Die Elemente e_1,i, e_2,i können in Abhängigkeit zueinander stehen, wobei im allgemeinen Fall die Abhängigkeiten auch zwischen Elementen e_1,i, e_2,i unterschiedlicher Elementklassen bestehen können.
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Elemente e_1,i, e_2,i in Form von Datenbankeinträgen in einer Datenbank 1a bekannt. In einem ersten Verfahrenschritt 1b werden die Abhängigkeiten zwischen den Elementen e_1,i, e_2,i erkannt, die Abhängigkeiten werden klassifiziert, und die Elemente e_1, _i, e_2,i werden korrespondierenden Abhängigkeitsklasse A₁, A₂ zugeordnet.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegen zufällig zwei Elementklassen E₁, E₂ und zwei Abhängigkeitsklassen A₁, A₂ vor; generell existiert jedoch keinerlei Abhängigkeit zwischen der Anzahl der Elementklassen E; und der Anzahl der Abhängigkeitsklassen A_i; die Elemente e_i einer einzigen Elementklasse E_i können einer Mehrzahl von Abhängigkeitsklassen A_i zugeordnet werden, genauso wie Elemente e_i einer Vielzahl von Elementklassen E_i lediglich in einem einzigen Abhängigkeitsverhältnis mit nur einer einzigen Abhängigkeitsklasse A_i stehen können.
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Elementklasse E₁ um die Klasse der Anwendungs-Funktionen – symbolisiert durch Dreiecke – und bei der Elementklasse E₂ um die Klasse der Rechenknoten des zeitgesteuerten verteilten Rechnersystems – symbolisiert durch Quadrate. In dem zweiten Verfahrensschritt 1c ist die Optimierung des Ablaufplans P schematisch dargestellt, die durch Koordination von Elementen e_1,i, e_2,i mindestens einer Abhängigkeitsklasse A_i erfolgt; im dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Optimierung im zweiten Verfahrensschritt 1c durch Koordination der Elemente e_1,i, e_2,i, die der Abhängigkeitsklasse A₁ angehören.
Unter der Koordination von Elementen ist im wesentlichen das Umsortieren, Zuordnen und Verschmelzen von Elementen e_i zu verstehen, wobei in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel die Koordination der Elemente e_1,i, e_2,i durch Umordnung der Elemente e_1,i (Anwendungs-Funktionen) aus der Abhängigkeitsklasse A₁ im Ablaufplan P' und Zuordnen dieser Elemente zu den Elementen e_2,i (Rechenknoten) aus der Abhängigkeitsklasse A₁ besteht. Das in 1 dargestellte Verfahren ist ferner so ausgestaltet, daß die Elemente e_1,i, e_2,i der Abhängigkeitsklasse A₁ vollständig koordiniert werden, bevor die Elemente e_1,i, e_2,i der weiteren Abhängigkeitsklasse A₂ koordiniert werden.
In dem in 1 dargestellten zweiten Verfahrensschritt 1c erfolgt die Koordination der Elemente e_1,i, e_2,i durch ein Optimierungsverfahren, das sowohl deterministische als auch stochastische Elemente aufweist. "Deterministisch" deshalb, weil die Feststellung, welche Elemente koordinierbar sind, an feste Regeln bzw. Bedingungen geknüpft ist, "stochastisch", weil beispielsweise die Auswahl von Elementen, die auf Koordinierbarkeit hin überprüft werden, eine zufällige Auswahl ist. Es werden dann mehrere gewonnene Varianten P' eines Ablaufplans P durch ein Gütekriterium bewertet, was jedoch nicht im einzelnen dargestellt ist. Wenn die Optimierung abgeschlossen ist beziehungsweise abgebrochen wird, liegt schließlich ein optimierter Ablaufplan P als Ergebnis des angewendeten Verfahrens vor, siehe Verfahrensschritt 1d.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 wird als Gütekriterium für die Berechnung einer optimalen Lösung die zeitliche Busauslastung verwendet. Bei anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens basiert das Gütekriterium hingegen auf der Periodendauer des Ablaufplans P, der Anzahl der zu übertragenden Nachrichten, der Anzahl der benötigten Rechenknoten und der Worst-Case-Execution-Time der Gesamtfunktionalität bzw. der Teilfunktionalität auf den Rechenknoten.
In 2 ist zum besseren Verständnis der 1, 3 und 5 ein Ablaufplan P dargestellt, wie er häufig bei zeitgesteuerten verteilten Rechnersystemen verwendet wird. Die Zeitachse t ist in Zeitintervalle S₁-S₅ untergliedert, wobei die Ausdehnung dieser Zeitintervalle S₁-S₅ festgelegt ist beziehungsweise fest vorgegeben werden muß. Die Ordinate ist ebenso in verschiedenen Abschnitte B, e_1,1, e_1,2, und e_1,3 unterteilt, wobei der unterste Abschnitt B die Kommunikation auf dem Datenkanal des zeitgesteuerten verteilten Rechnersystems symbolisiert und die darüber liegenden Abschnitte e_1,1, e_1,2, und e_1,3 die geplante Aktivität auf anderen Elementen des verteilten Rechnersystems – also auf den Rechenknoten – kennzeichnen.
In 2 ist ferner dargestellt, daß zwei Anwendungs-Funktionen e_2,1, e_2,2 auf dem Knoten e_1,1 ausgeführt werden und eine Sende-Funktion e₃ mit einer Nachricht, die am Ende des Zeitintervalls S₂ vorbereitet wird, im Zeitintervall S₃ den Datenkanal B belegt. Für die Übertragung der Nachricht von dem Knoten e_1,1 über den Datenkanal B auf den Knoten e_1,3 ist die Übertragungs-Funktion es zuständig. Daraufhin empfängt eine auf dem Rechenknoten e_1,3 ausgeführte Empfangs-Funktion e₄ diese Nachricht, die dann von einer auf dem gleichen Rechenknoten untergebrachten Anwendungs-Funktion e_2,3 weiterverwendet wird.
Im Sprachgebrauch des FlexRay-Standards handelt es sich in 2 bei den Elementen e_2,1, e_2,2 und e_2,3 um Applikations-Tasks, bei den Elementen e₃ und e₄ um FTCom-Tasks (genauer um eine FTCom-Sender- und eine FTCom-Receiver-Task), die die Aufgabe haben, eine von einem Rechenknoten zu versendende/empfangende Nachricht in den Buffer des Kommunikations-Controllers des Rechenknotens zu schreiben bzw. aus diesem Buffer zu lesen. Bei dem Element e₅ handelt es sich um eine Transmissions-Task, die für die Übertragung einer Nachricht über den zeitgesteuerten FlexRay-Bus zuständig ist.
Das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine ähnliche Ausgangssituation wie das Ausführungsbeispiel in 1. Der Datenbank 3a sind die Elemente e_1,i e_2,i bekannt, die den Elementklassen E₁, E₂ zugeordnet werden können. In einem ersten Verfahrensschritt 3b werden die Abhängigkeiten zwischen den Elementen e_1,i e_2,i erkannt, klassifiziert, und die Elemente e_1,i e_2,i werden daraufhin den Abhängigkeitsklassen A₁, A₂ zugeordnet. Das Verfahren gemäß 3 unterscheidet sich jedoch in dem daran anschließenden Verfahrenschritt 3c von dem Verfahren aus 1.
Der Verfahrensschritt 3c aus 3 zeichnet sich dadurch aus, daß bei der Koordination der Elemente e_1,i e_2,i der Abhängigkeitsklasse A₁ zunächst nur die Elemente e_1,i e_2,i aus einer der Elementklassen E₁, E₂, hier Elementklasse E1, separat koordiniert werden, bevor die Elemente einer anderen Elementklasse koordiniert werden. In Verfahrensschritt 3c werden die drei Elemente e_1,i aus der Abhängigkeitsklasse A₁ koordiniert, wobei die Koordination die zeitliche Umordnung und Zusammenfassung (schwarz ausgefüllten Dreiecke) dieser Elemente e_1,i umfaßt. In dem darauffolgenden Verfahrensschritt 3d werden dagegen die Elemente e_2,i (Quadrate) aus der Abhängigkeitsklasse A₁ koordiniert.
Anhand des Ausführungsbeispiels in 3 ist gut zu erkennen, daß die in jedem der Optimierungsschritt 3c, 3d gewonnene Teillösung P' für den Ablaufplan P in dem darauffolgenden Optimierungsschritt ohne weitere Veränderungen und ohne weiter verändert zu werden, übernommen wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, das hier jedoch nicht separat dargestellt ist, umfassen die Abhängigkeitsklassen A_i wenigstens die Klasse der einfachen Abhängigkeiten und die Klassen der komplexen Abhängigkeiten, wobei die Koordination der Elemente der Klasse der einfachen Abhängigkeiten vor der Koordination der Elemente der Klasse der komplexen Abhängigkeiten erfolgt.
4 erläutert den Begriff der einfachen und komplexen Abhängigkeit. 4a zeigt drei Elemente e_1,1, e_2,i und e_1,3, die miteinander in Beziehung stehen, nämlich derart, daß die Elemente e_1,i und e_2,i das Element e_1,3 jeweils mit einem Signal beaufschlagen. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Elemente e_1,1 und e_1,2 unabhängig voneinander ausgeführt werden können, da es keine zwingende Bearbeitungsreihenfolge zwischen ihnen gibt. Nur wenn eine zeitlich Vorgabe (Deadline) für den Bearbeitungszeitpunkt von Element e_1,3 existiert, müssen die Elemente e_1,1 und e_1,2 vor diesem Zeitpunkt (abzüglich der Worst-Case-Execution-Time von Element e_1,3 und der Nachrichtenübertragung zwischen e_1,1 e_1,2 und e_1,3) ausgeführt werden. Solche Elemente stehen im Verhältnis einer einfachen Abhängigkeit, denn sie sind nicht von einem Zustand oder einem Ausgangswert des jeweils anderen Elements abhängig.
Die in 4b dargestellten Elemente e_1,1 e_1,2 und e_1,3 befinden sich dagegen in einer komplexen Abhängigkeit, denn ihre Bearbeitungsreihenfolge ergibt sich zwingend aus der angegebenen Zusammenwirkung der Elemente: zuerst muß Element e_1,1 und nachfolgend Element e_1,2 berechnet werden, bevor schließlich Element e_1,3 berechnet werden kann. In diesem Fall lassen sich die Elemente nicht beliebig koordinieren.
In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Wiederum sind die Elemente e_i des verteilten zeitgesteuerten Rechnersystems in einer Datenbank 5a hinterlegt, genauso wie Randbedingungen R. Zu den Randbedingungen R können beispielsweise feste Zuordnungen von Anwendungs-Funktionen zu Rechenknoten, maximale Periodendauern für die Wiederausführung einer bestimmten Funktionalität, absolute Abstände zwischen der Ausführung bestimmter (Teil-)Funktionalitäten und viele andere Vorgaben mehr gehören. Andere Randbedingungen sind keine Vorgaben im eigentlichen Sinne, sondern beruhen einfach auf gegebenen Ausstattungsmerkmalen des zeitgesteuerten verteilten Rechnersystems, wie z. B. die immer begrenzte Rechenleistung eines Rechenknotens oder die begrenzte Übertragungskapazität des Datenkanals, über den Nachrichten zwischen Rechenknoten ausgetauscht werden.
In einem ersten Verfahrensschritt 5b in 5 werden die Elemente e_i in bekannter Weise Abhängigkeitsklassen A_i zugeordnet, im dargestellten Fall der Klasse der einfachen Abhängigkeiten A₁ und der Klasse der komplexen Abhängigkeiten A₂.
In einem weiteren Verfahrensschritt 5c werden zunächst die Elemente einer Abhängigkeitsklasse A_i, vorliegend die Elemente der Klasse der einfachen Abhängigkeiten A₁, koordiniert K(A₁). Die Koordination kann in einem Schritt – oder iterativ in mehreren Schritten – ausgeführt werden. In Verfahrensschritt 5d wird jede erzielte Teillösung P' des optimierten Ablaufplans P auf Verletzung der Randbedingungen R hin untersucht. Liegt eine Verletzung der Randbedingungen R vor, wird die konfliktbehaftete Teillösung P' verworfen und über eine Schleife 5h kehrt das Verfahren zur Koordination K(A₁) der Elemente der Abhängigkeitsklasse A₁ zurück. Die Schleife 5h wird ebenfalls verwendet, wenn eine Teillösung P' für den Ablaufplan P zwar konfliktfrei ist, aber noch nicht alle gewünschten Elemente e_i der Abhängigkeitsklasse A₁ koordiniert sind.
Wenn letztlich alle Elemente e_i der Abhängigkeitsklasse A₁ koordiniert sind, wird in gleicher Weise mit den Elementen e_i der Abhängigkeitsklasse A₂ der komplexen Abhängigkeiten Verfahren, und zwar auf Grundlage der Teillösung P' des Ablaufplans P, die aus den Verfahrensschritten 5c, 5d stammt (Verfahrensschritte 5e und 5f).
Für den Fall, daß mit der aus den Verfahrensschritten 5c und 5d stammenden Teillösung P' in den Verfahrensschritten 5e und 5f eine konfliktfreie oder akzeptable Lösung des Ablaufplans P nicht gefunden werden kann, sieht das Verfahren gemäß 5 vor, zur Koordination der Elemente der Abhängigkeitsklasse A₁ über Schleife 5j zurückzukehren, um dort eine weitere Teillösung P' des Ablaufplans P zu berechen, die dann wiederum als Ausgangslage zur Berechnung einer Lösung des Ablaufplans P in den Verfahrensschritten 5e und 5f dient. Ergebnis des Verfahrens ist ein erstellter und optimierter Ablaufplan P, der im dargestellten Ausführungsbeispiel in einer Datenbank 5g abgelegt wird.

Claims

Verfahren zur Erstellung eines optimierten Ablaufplans (P) zur Durchführung einer Funktionalität mittels eines zeitgesteuerten verteilten Rechnersystems, wobei das verteilte Rechnersystem und die Funktionalität eine Menge von – insbesondere strukturellen und funktionalen – Elementen (e_i, e_1,i, e_2,i) wenigstens einer Elementklasse (E_i, E₁, E₂) aufweisen und die Elemente (e_i, e_1,i, e_2,i) – zumindest teilweise – in Abhängigkeit stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abhängigkeiten zwischen den Elementen (e_i, e_1,i e_2,i) erkannt, klassifiziert und die Elemente (e_i, e_1,i, e_2,i) korrespondierenden Abhängigkeitsklassen (A_i, A₁, A₂) zugeordnet werden und daß eine Optimierung des Ablaufplans (P) durch Koordination von Elementen (e_i, e_1,i, e_2,i) mindestens einer Abhängigkeitsklasse (A_i, A₁, A₂) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (e_1,i) wenigstens einer Abhängigkeitsklasse (A₁) vollständig koordiniert werden, bevor die Elemente (e_2,i) wenigstens einer weiteren Abhängigkeitsklasse (A₂) koordiniert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Koordination von Elementen (e_i, e_1,i, e_2,i) wenigstens einer Abhängigkeitsklasse (A_i, A₁, A₂) die Elemente aus einer Elementklasse (E_i, E₁, E₂) separat koordiniert werden oder die Elemente (e_i, e_1,i, e_2,i) verschiedener Elementklassen (E_i, E₁, E₂) kombiniert koordiniert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Optimierung anhand deterministischer und/oder stochastischer bzw. evolutionärer Optimierungsverfahren durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Optimierung wenigstens eines der folgenden Gütekriterien verwendet wird: die Busauslastung, die Periodendauer des Ablaufplans, die Anzahl der zu übertragenden Nachrichten, die Anzahl der benötigten Rechenknoten und die Worst-Case-Execution-Time (WCET) von (Teil-)Funktionalität.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Optimierung innerhalb wenigstens einer Abhängigkeitsklasse (A_i, A₁, A₂) iterativ durchgeführt wird, wobei in jedem Iterationsschritt eine Auswahl von Elementen (e_i, e_1,i, e_2,i) der Abhängigkeitsklasse (A_i, A₁, A₂) koordiniert wird und wobei insbesondere so viele Iterationsschritte durchgeführt werden, bis alle koordinierbaren Elemente (e_i, e_1,i e_2,i) der Abhängigkeitsklasse (A_i, A₁, A₂) koordiniert sind.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Iterationsschritte mehrfach mit jeweils einer anderen Elementauswahl aus einer Abhängigkeitsklasse (A_i, A₁, A₂) durchgeführt wird und der folgende Iterationsschritt mit derjenigen/denjenigen koordinierten Elementauswahl/Elementauswahlen fortgeführt wird, die das beste Optimierungsergebnis in dem vorangegangenen Iterationsschritt erzielt hat/haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß während der Optimierung des Ablaufplans (P) Konsistenzprüfungen durchgeführt werden, insbesondere die Einhaltung vorgegebener und/oder systemimmanenter Randbedingungen (R) überprüft wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abhängigkeitsklassen (A_i, A₁, A₂) wenigstens die Klasse einfacher Abhängigkeiten und die Klasse der komplexen Abhängigkeiten umfassen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordination der Elemente der Klasse der einfachen Abhängigkeiten vor der Koordination der Elemente der Klasse der komplexen Abhängigkeiten erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das verteilte Rechnersystem auf dem F1exRay-Standard basiert und wenigstens zwei über einen FlexRay-Bus verbundene Rechenknoten aufweist und daß die Elementklassen wenigstens eine der Klassen FTCom- (= FTCom- Sender, FTCom-Receiver), Transmissions-, Applikations-Task, Signale, Nachrichten und Rechenknoten umfassen.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß vorbereitend zur Koordination von FTCom-Tasks jedem Signal bzw. jedem Signalvektor anfänglich eine eigene FlexRay-Nachricht (Frame) mit eigener FTCom-Task zugeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß FTCom-Tasks der Abhängigkeitsklasse der einfachen Abhängigkeiten zugeordnet und koordiniert werden, wenn sie vom gleichen Typ (FTCom-Sender, FTCom-Receiver) sind, wenn sie demselben Applikationsknoten zugeordnet werden können, wenn sie identische Sende- und Empfangsknoten aufweisen und insbesondere, wenn sie gleiche Startzeiten aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß FTCom-Tasks der Abhängigkeitsklasse der komplexen Abhängigkeiten zugeordnet und koordiniert werden, wenn sie vom gleichen Typ (FTCom-Sender, FTCom-Receiver) sind, wenn sie demselben Applikationsknoten zugeordnet werden können und wenn sich ihre Start-Zeitintervalle überschneiden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Transmissions-Tasks der Abhängigkeitsklasse der einfachen Abhängigkeiten zugeordnet und koordiniert werden, wenn ihre gemeinsamen Signale die maximale Länge einer FlexRay-Nachricht (Frame) nicht überschreiten und insbesondere, wenn ihre Startzeiten identisch sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Transmissions-Tasks der Abhängigkeitsklasse der komplexen Abhängigkeiten zugeordnet und koordiniert werden, wenn ihre gemeinsamen Signale die maximale Länge einer FlexRay-Nachricht (Frame) nicht überschreiten, wenn sie identischen sendenden Applikationsknoten zugeordnet werden können und wenn ihre Start-Zeitintervalle sich überschneiden.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Transmissions- und/oder FTCom-Tasks der Abhängigkeitsklasse der komplexen Abhängigkeiten zugeordnet und koordiniert werden, wenn ihre Startzeiten sich zusätzlich nicht mehr als um einen vorgegebenen Betrag voneinander unterscheiden.
Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um alle Verfahrensschritte gemäß einem der voranstehenden Ansprüche durchzuführen, wenn das Programm auf einer Datenverarbeitungsanlage durchgeführt wird.
Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln gemäß Anspruch 18, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind.