Entwurf und Implementierung eines energieneutralen Echtzeit-Betriebssystems

Zusammenfassung

Die Lebenszeit mobiler, eingebetteter Echtzeitsysteme wird durch die Kapazität ihrer Batterie bestimmt. Energie limitiert daher die Betriebszeit, hat aber bisher keinen weiteren Einfluss auf Entscheidungen zur Aufgabeneinplanung. Technologische Fortschritte erlauben allerdings energieneutrale Systeme zu betreiben, die Energie aus der Umgebung ernten, beispielsweise mittels Solarzellen. Da die verfügbare Energie in solchen Systemen schwankt, muss Energie auch während der Laufzeit beachtet werden. Weitere Herausforderungen im Zusammenhang mit energieneutralen Systemen ergeben sich aus der Unsicherheit wann und in welchem Ausmaß Energie verfügbar sein wird. Zu diesen Herausforderungen zählt die Fähigkeit, Perioden zu kompensieren, in denen nicht genug Energie geerntet werden kann, um das System zu betreiben, sowie die genaue Bestimmung der verfügbaren Energie.

Um diese Herausforderungen zu überwinden, stellt diese Arbeit EnOS vor, einen Betriebssystemkern für energieneutrale Systeme. EnOS entkoppelt energetische und zeitliche Einschränkungen, indem es Energiekritikalitätsmodi einführt. In jedem dieser Modi wird eine andere Menge von Aufgaben mit eigenen Zeitbeschränkungen ausgeführt. Indem EnOS die verfügbare Energie mittels dedizierter Hardware überwacht, besitzt das System die Möglichkeit, auf Änderungen in der verfügbaren Energie mit einem Wechsel zu einer geeigneteren Aufgabenmenge zu reagieren. EnOS ist außerdem in der Lage, Konsistenzprobleme durch Ausfälle der Energieversorgung zu vermeiden.