XANDAR, 안전 중요 멀티코어 시스템을 위한 코드 생성 가속화

차세대 네트워크 임베디드 시스템은 신뢰성이나 안전을 결코 타협하지 않으면서 빠른 프로토타이핑과 고성능을 요구합니다. 그러나 복잡한 툴체인과 복잡한 엔지니어링 프로세스로 인해 안전 중요 임베디드 소프트웨어 배포는 여전히 방해를 받습니다. 머신러닝과 인공지능을 페일-오퍼레이셔널 요구사항과 결합한 자율 시스템의 부상은 검증과 검증의 과제를 더욱 심화시킵니다.

이러한 장애물을 극복하기 위해 3년간의 EU Horizon 2020 프로젝트 XANDAR는 요구사항 수집부터 타겟 하드웨어의 코드 통합까지, 검증과 검증을 포함한 완전히 통합된 소프트웨어 툴체인을 제공합니다. 목표는 안전이나 보안을 희생하지 않고 상호운용 가능한 자율 임베디드 시스템의 빠른 프로토타이핑을 가능하게 하는 것입니다.

모델 기반 시스템 아키텍처를 기반으로 XANDAR는 엄격한 비기능적 요구사항을 충족하는 새로운 자동 모델 합성과 소프트웨어 병렬화 기술을 도입합니다. 이 작업은 X-by-Construction(XbC)으로 알려진 새로운 실시간, 안전 및 보안-바이-컨스트럭션 패러다임의 기초를 마련합니다.

안전 중요 환경에서의 멀티코어 과제

병렬 처리는 애플리케이션 도메인 전반에 걸쳐 멀티코어 아키텍처를 보편화했습니다. 그러나 이러한 시스템 프로그래밍, 특히 스레드 동기화와 레이스 컨디션 회피는 여전히 어렵습니다. 병렬 컴파일러, 도메인 특화 언어, 진화하는 개발자 경험이 부담을 완화했지만, 자동차 및 항공우주 같은 안전 중요 도메인에서는 오류 없는 작동의 검증과 증명이 여전히 최우선이며, 이는 멀티코어 프로그래밍의 추가된 복잡성과 충돌합니다.

모델 기반 설계는 개발자가 저수준 세부사항을 추상화하면서 임베디드 기능을 모델링, 시뮬레이션, 코드 생성할 수 있게 하여 이 간극을 메울 수 있습니다. 이 고수준 접근 방식은 항공우주, 자동차, 공정 산업에서 채택을 촉진하여 더 빠른 개발 주기와 낮은 비용을 산출했습니다.

그 강점에도 불구하고 모델 기반 설계는 종종 초기 시스템 사양과 아키텍처 탐색에 국한되며, 안전 중요 시스템의 최종 소프트웨어는 여전히 자주 수작업으로 코딩됩니다. ARGO 같은 프로젝트는 WCET 인식 코드 생성을 도입했고, 모델 기반 시스템 엔지니어링은 추상화와 관점 계층화로 전기/전자 아키텍처에 적용되었습니다. 그러나 이러한 발전은 여전히 수작업 교차 도메인 통합을 필요로 하고 오류가 발생하기 쉬운 가져오기/내보내기 워크플로로 고통받습니다.

현재 연구는 일반적으로 아키텍처 모델을 단순한 유한 상태 머신 설명으로 보강하고 시뮬레이션 기반 검증을 위한 실행 가능한 사양을 생성합니다. 그러나 분산 네트워크 아키텍처, 통합 행동 모델링, 교차 레이어 시뮬레이션, 검증, 코드 생성을 다루는 진정한 전체적 환경은 아직 실현되지 않았습니다.

XANDAR는 이 공백을 메우는 것을 목표로 합니다. 코드 생성기는 XbC 보증을 유지하며 입력 모델의 모든 비기능적 속성을 보존합니다. 혁신에는 플랫폼 독립적 코드 생성, 중요 서비스를 위한 모니터링 러너블, AI/ML 워크로드에 맞춘 비결정적 가속기가 포함됩니다.

이를 달성하려면 실시간 성능, 에너지 효율, 비기능적 보장, 런타임 유연성의 균형을 맞추는 자동화된 의사결정 알고리즘, 형식적 검사, 최적화가 필요합니다. 이러한 차원에서 공동 최적화하는 고품질 코드 생성기는 전문화된 최첨단 솔루션을 요구할 것입니다.

XANDAR 컨소시엄 파트너

XANDAR 프로그램은 2023년 12월까지 진행되며 Horizon 2020 하에 500만 유로로 지원됩니다. Karlsruhe Institute of Technology의 Professor Jürgen Becker가 이끄는 컨소시엄은 산업계와 학계를 결합합니다:

• Karlsruhe Institute of Technology (독일)
• University of Peloponnese (그리스)
• German Aerospace Center
• AVN Innovative Technology Solutions Ltd (키프로스)
• Vector Informatik GmbH (독일)
• Queen's University Belfast (북아일랜드)
• BMW Group (독일)
• fentISS (스페인)

8개 파트너 중 하나인 Vector는 임베디드 소프트웨어 전문성과 고성능 개발 환경인 PREEvision과 TA Tool Suite를 기여합니다.

PREEvision은 명확한 의미론으로 모든 시스템 수준에 걸쳐 연결된 임베디드 시스템의 협업 모델 기반 사양을 가능하게 합니다. TA Tool Suite는 복잡한 실시간 시스템의 타이밍 동작 사양, 시뮬레이션, 검증을 지원합니다. 함께 XANDAR에서 X-by-Construction 설계의 기초를 형성합니다.