TY - THES A1 - Müller, Sebastian T1 - Software-basierte Rekonfiguration in statisch geplanten Mehrkernsystemen zur Behandlung permanenter Fehler T1 - Software-Based Self-Repair of Statically Scheduled Multi-Core Systems for Handling Permanent Faults N2 - In zukünftigen eingebetteten Systemen ist bei zunehmender Integrationsdichte mit einer abnehmenden Zuverlässigkeit zu rechnen. Insbesondere lang laufende Systeme werden mit fortschreitender Zeit Alterungserscheinungen aufweisen, die sich durch den permanenten Ausfall einzelner Komponenten bemerkbar machen. Um die Funktionstüchtigkeit solcher Systeme auch für einen langen Zeitraum zu gewährleisten, sind Funktionen erforderlich, die die Erkennung, Lokalisierung und Behandlung solcher permanenter Fehler erlauben. Diese Funktionen sind dabei in das System zu integrieren. Es existieren dafür bereits verschiedene Ansätze auf unterschiedlichen Systemebenen. Das Spektrum solcher Ansätze reicht von einer Reparatur auf Transistorebene über die Reparatur einzelner Komponenten, die aus einigen dutzend bis einigen tausend Transistoren bestehen, bis hin zu Reparaturansätzen, die komplette Prozessorkerne in einem System ersetzen. Jeder Ansatz hat dabei seine spezifischen Vor- und Nachteile. Das betrifft insbesondere den Aufwand zur Administration der Reparatur sowie die Anwendbarkeit auf beliebige Hardwarestrukturen. Bisher wurden die Reparaturmethoden isoliert entwickelt. In Systemen mit zunehmender Komplexität wird jedoch ein hierarchischer Ansatz benötigt, der die existierenden Techniken ebenenübergreifend verbindet. Dadurch kann eine Zerlegung des Systems in verschiedene Gruppen vorgenommen werden, wobei für jede Gruppe eine spezifische Reparaturmethodik besonders geeignet ist. Es entsteht dadurch ein teils hierarchisch organisierter Reparaturansatz, der unterschiedliche Reparaturtechniken miteinander kombiniert. Es werden für das hierarchische Verfahren insbesondere software-basierte Reparaturansätze betrachtet, da diese nur einen geringen Administrationsaufwand in Hardware erfordern. Die Nutzung fehlerhafter Komponenten im Prozessor wird dabei durch die Anpassung des ausgeführten Programms an die aktuelle Fehlersituation vermieden. Diese Anpassung kann beispielsweise auf Systemebene, durch Verlagerung eines Programms von einem Prozessorkern auf einen anderen Kern oder auf der Ebene von Prozessorkernen, wobei die Benutzung einzelner Komponenten eines Kerns vermieden wird, erfolgen. Diese Anpassungen lassen sich durch Techniken, wie sie im Backend eines Compilers eingesetzt werden, bewerkstelligen. Die Reparatur auf den verschiedenen Ebenen erfordert dabei unterschiedlich mächtige Backends. Das reicht von einem Backend, das nur eine Ablaufplanung ändert, über ein Backend, das darüber hinaus noch die Registervergabe anpasst, bis hin zu einem Backend, das den Programmcode zweier Prozessorkerne vertauscht und an den jeweiligen Kern anpasst. Die Ausführung der software-basierten Reparatur soll dabei möglichst durch den fehlerhaften Kern selbst ausgeführt werden. In schwerwiegenden Fällen erfolgt eine administrierte Reparatur auf der Systemebene durch einen zur Reparaturzeit bestimmten Prozessorkern des Systems. Der Aufwand für entsprechende Backends sowie deren Möglichkeit zur Fehlerbehandlung werden in dieser Arbeit untersucht. N2 - Due to the shrinking feature-size of integrated circuits a lower reliability is predicted for embedded systems. The higher stress density in those circuits leads to wear-out effects, which result in a permanent fault of processor components. In order to ensure a certain quality of service for long-term systems, techniques for fault detection, localization and error handling have to be integrated into a system. Several approaches are already known for different hierarchical levels of a system. Those approaches can replace hardware structure with a size from hundred to thousands of transistors or can even exchange entire processor cores with spare-cores. Every approach has its own advantage and draw-back. The key issues are the overhead for administrating a repair and the applicability for any hardware structure of a processor. Due to the increasing complexity of modern embedded systems a hierarchical approach is required, which combines the existing techniques in one approach. This offers the possibility to separate a system into different levels. A dedicated repair method is assigned to every level of a system. This results in a hierarchical organized repair approach that combines various fault-tolerant repair methods. The developed hierarchical repair approach uses only software-based repair techniques, because the required hardware overhead for administrating a software-based repair is negligible. A permanent fault is handled by reconfiguring the application of a system in such a way that the executed tasks never use a faulty component. The reconfiguration at the core-level avoids e.g. the use of a faulty register whereas at the system-level a task is moved from a processor core to a different one. The software-based repair approach can be achieved with techniques, which are used in the back-end of a compiler. A varying set of back-ends is required for the different levels of a system. A first simple back-end adapts the scheduling of a basic block, whereas a second back-end can change the usage of registers. At the system-level a back-end is required, which adapts the program code of one core to the architecture of another core. The hierarchical repair approach is organized in such a way that a faulty core executes the software-based repair as a self-repair. In case that the self-repair fails, the repair is repeated at the system-level by an arbitrary core of the system. The thesis investigates the overhead of the software-based self-repair and the improvement of the average life-time of different fault-tolerant system configurations. KW - Zuverlässigkeit KW - Fehlertoleranz KW - Mehrkernsystem KW - Software-basierte Rekonfiguration KW - Fault-Tolerance KW - Multicore System KW - Software-based Self-Repair KW - Dependability KW - Eingebettetes System KW - Fehlertoleranz KW - Rekonfiguration Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-34916 ER - TY - THES A1 - Müller, Sebastian T1 - Synchrotron radiation spectroscopy studies of the initial interaction of Chromium and Cobalt with the surface of Titanium Dioxide T1 - Untersuchungen der Wechselwirkungen von Chrom und Cobalt mit Titandioxid-Oberflächen mit Synchrotronstrahlung N2 - In the framework of this thesis, synchrotron radiation based spectroscopy methods are applied to study the electronic structures of stoichiometric Rutile single crystals and TiO2 thin films, and the initial stage of chromium and cobalt growth on TiO2 thin films. Resonance photoemission spectroscopy of clean TiO2 at the Ti L2,3 edges led to Auger-like features, with kinetic energies corresponding to the Ti L2,3M4,5M4,5 Auger decay channels. The presence of these features is assigned to origin from a d2L2 charge transfer state. The resonance of the Ti L3M2,3V Auger channel at the Ti L2 edge is assigned to the L2L3V Coster-Kronig Auger, followed by the normal L3M2,3V Auger decay. The deposition of chromium on the TiO2 film causes a strong interaction at the interface, in which TiO(2-x) is formed together with chromium in the Cr 3+ state. Besides the oxidized component, contribution of metallic chromium is found as well. In the ultra-low coverage regime, post-deposition oxidation is observed, in which metallic chromium is oxidized to Cr2O3, accompanied by re-oxidation of the substrate to TiO2. The interface reaction is also reflected by the appearance of two defect states in the band gap. Resonant photo-emission at the Cr 2p and Ti 2p edges shows well distinguishable Cr 3d respectively Ti 3d character of the respective states. Indications for self-cleaning properties are found by removal of surface carbon during storage in UHV, but the influence of chromium on these properties is not studied in detail. The interaction between cobalt and TiO2 is weaker than that of chromium and TiO2. Nevertheless, an interface reaction is found, in which some of the deposited cobalt is oxidized, while the oxide support is partly reduced. The particular oxidation state of Cobalt is identified by means of multiplet calculation including charge transfer and crystal field effects. The calculated XAS and XPS spectra indicate Co 2+ in a tetrahedral coordination with four oxygen atoms. The metallic component of cobalt gives rise to a broad resonance in the valence band down to -20 eV, with a pronounced satellite feature that reflects the oxidized component. N2 - Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde Synchrotron-Strahlung zur spektroskopischen Charakterisierung von stöchiometrischen Rutil-Einkristallen und dünnen TiO2-Filmen, sowie der Untersuchung der Anfangsphasen des Wachstums von Chrom und Cobalt auf der Oberfläche von dünnen TiO2-Filmen, eingesetzt. Resonante Photoemission am sauberen Einkristall und am TiO2 Film zeigt Auger-ähnliche Emissionen an der Ti 2p Kante, deren kinetische Energien denen eines TiL2,3M4,5M4,5 Auger-Zerfallskanals entsprechen, was auf die Existenz des d2L2 Ladungstransferzustandes zurückgeführt wird. Die Resonanz des Ti L3M2,3V Auger-Kanals an der Ti L2-Kante läßt auf einen L2L3V Coster-Kronig Auger-Kanal schließen, der vom normalen L3M2,3V Auger gefolgt wird. Das Abscheiden von Chrom auf dem TiO2-Film führt zu einer Redox-Reaktion an der Grenzfläche, wobei TiO(2-x) durch Oxidation von Cr 0 zu Cr 3+ gebildet wird. Daneben tritt metallisches Chrom an der Oberfläche auf. In der Anfangsphase wird bei ultra-dünnen Bedeckungen eine weitergehende Oxidation der metallischen Komponente zu Cr2O3 beobachtet, die von einer Re-Oxidation des Substrates zu TiO2 begleitet wird. Die Reaktion an der Grenzfläche lässt sich auch im Valenzbandbereich verfolgen, wobei zwei Defektzustände in der Bandlücke auftreten. Resonante Photoemission an den Cr 2p und Ti 2p Kanten zeigt, dass beide Zustände einen voneinander unterscheidbaren Charakter als Cr 3d bzw. Ti 3d-artig aufweisen. Weiterhin gibt es Hinweise auf die Fähigkeit zur Selbstreinigung, was sich durch Verringerung der Oberflächenkontamination mit Kohlenstoff äußert, jedoch wurde der Einfluss des abgeschiedenen Chroms auf diese Eigenschaften nicht eingehend untersucht. Die Wechselwirkung zwischen Cobalt und TiO2 ist weniger stark als zwischen Chrom und TiO2. Dennoch wurde eine oxidierte Cobalt-Komponente neben der metallischen Komponente nachgewiesen, wobei der Oxidationszustand des Cobalt mittels Multiplett-Rechnung, die Ladungstransfer- und Ligandenfeldeffekte berücksichtigt, identifiziert wird. Die berechneten XAS und XPS-Spektren weisen dabei auf Co 2+ in einer tetraedrischen Koordinierung mit vier Sauerstoffatomen hin. Die metallische Cobalt-Komponente führt zu einer breiten Resonanz am Valenzband, die sich bis etwa -20 eV erstreckt, wobei ein deutlicher Satellit die oxidierte Komponente widerspiegelt. KW - Spektroskopie KW - Titandioxid KW - Atomare Multiplett-Rechnung KW - Resonante Photoemission KW - Metall-Metalloxid-Wechselwirkung KW - Titanium dioxide KW - Metal/metal-oxide interaction KW - Multiplet-calculation KW - Resonant photoemission Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-18914 ER -