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Barkhausen Institut

Modulare Betriebssysteme

Wir bauen ein sicheres Betriebssystem auf Basis einer Mikrokernarchitektur, um die Komplexität zu reduzieren und die Komponentenisolation zu maximieren. Im Sinne des Prinzips der Modularisierung von Hard- und Software besteht unser System aus kleinen Bausteinen, die in einem verteilten Anwendungsfall sicher zusammenarbeiten. Wir entwickeln unser Betriebssystem gemeinsam mit den Gruppen Skalierbare Hardware-Plattformen und Funkkommunikation, um Plattform- und Netzwerksicherheitsprobleme zu lösen. Die Gruppe Modulare Betriebssysteme liefert die wesentlichen Bausteine, aus denen kundenspezifische Systeme für IoT-Anwendungsfälle aufgebaut werden können.

 

Vom Simulator zur Hardware

Wir arbeiten eng mit dem MPSoC-Team zusammen, um unser Betriebssystem von einem Software-basierten Simulator auf echte Hardware zu bringen. Dazu synthetisieren wir die Hardware-Bausteine des MPSoC in einem FPGA-Chip, was es uns erlaubt das Hardware-Design zu evaluieren und die Interaktion mit unserem Betriebssystem zu testen. Am Ende soll unser Betriebssystem und Anwendungen auf einem echten System-on-Chip laufen.

Kosten versus Sicherheit

Sicherheit hat ihren Preis. Beispielsweise werden zusätzliche Ressourcen benötigt um Komponenten auf verschiedenen Cores ausführen zu können. Wir untersuchen daher wie exklusive und geteilte Nutzung von Ressourcen mit den gleichen Mechanismen ermöglicht werden kann, so dass Systemdesigner in jedem Einzelfall zwischen maximaler Isolation und minimaler Ressourcennutzung wählen können.

 

Updates und Attestierung von Komponenten

Damit das Gesamtsystem vertrauenswürdig ist, dürfen nur die zum jeweiligen Szenario benötigten Komponenten miteinander kommunizieren und sie müssen sich korrekt verhalten. Um dies sicherzustellen, erforschen wir minimale Hard- und Software-Unterstützung für die sichere Attestierung von Identität und Integrität aller Bausteine. Die Attestierung wird auch benötigt, um Softwareupdates sicher einzuspielen.

 

Unser Team

Michael Roitzsch
Dr.-Ing.Michael RoitzschResearch Group Leader
Nils Asmussen
Dr.-Ing.Nils AsmussenResearch Associate
Sebastian Ertel
Dr.-Ing.Sebastian ErtelResearch Associate
Andres Goens
Dr. rer. nat.Andres GoensResearch Associate
Till Miemietz
Dipl.-Inf.Till MiemietzResearch Associate
Carsten Weinhold
Dr.-Ing.Carsten WeinholdRESEARCH ASSOCIATE

Publikationen

Robert Khasanov, Julian Robledo, Christian Menard, Andrés Goens, Jeronimo Castrillon, Domain-Specific Hybrid Mapping for Energy-Efficient Baseband Processing in Wireless Networks, International Conference on Compilers, Architecture, and Synthesis of Embedded Systems (CASES), 2021

@inproceedings{
Khasanov:BasebandMapping,
title = "Domain-Specific Hybrid Mapping for Energy-Efficient Baseband Processing in Wireless Networks",
author = "Robert Khasanov, Julian Robledo, Christian Menard, Andrés Goens, Jeronimo Castrillon",
year = "2021",
booktitle = "International Conference on Compilers, Architecture, and Synthesis of Embedded Systems (CASES)",
month = "October",
publisher = "IEEE",
note = "to appear"
}
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Andrés Goens, Timo Nicolai, Jeronimo Castrillon, mpsym: Improving Design-Space Exploration of Clustered Manycores with Arbitrary Topologies, IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems (TCAD), 2021, Download PDF

@article{
Goens:mpsym,
title = "mpsym: Improving Design-Space Exploration of Clustered Manycores with Arbitrary Topologies",
author = "Andrés Goens, Timo Nicolai, Jeronimo Castrillon",
year = "2021",
journal = "IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems (TCAD)",
month = "July",
url = "https://doi.org/10.1109/TCAD.2021.3102512"
}
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Lluís Vilanova, Lina Maudlej, Matthias Hille, Nils Asmussen, Michael Roitzsch, Mark Silberstein, Caladan: A Distributed Meta-OS for Data Center Disaggregation, 10th Workshop on Systems for Post-Moore Architectures (SPMA), 2020, Download PDF

@inproceedings{
Vilanova:Caladan2020,
title = "Caladan: A Distributed Meta-OS for Data Center Disaggregation",
author = "Lluís Vilanova, Lina Maudlej, Matthias Hille, Nils Asmussen, Michael Roitzsch, Mark Silberstein",
year = "2020",
booktitle = "10th Workshop on Systems for Post-Moore Architectures (SPMA)",
month = "April"
}
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Matthias Hille, Nils Asmussen, Hermann Härtig, Pramod Bhatotia, A Heterogeneous Microkernel OS for Rack-Scale Systems, 11th ACM SIGOPS Asia-Pacific Workshop on Systems (APSys), 2020, Download PDF

@inproceedings{
Hille:RackScaleOS,
title = "A Heterogeneous Microkernel OS for Rack-Scale Systems",
author = "Matthias Hille, Nils Asmussen, Hermann Härtig, Pramod Bhatotia",
year = "2020",
booktitle = "11th ACM SIGOPS Asia-Pacific Workshop on Systems (APSys)",
address = "Tsukuba, Japan",
month = "August",
publisher = "ACM",
url = "https://doi.org/10.1145/3409963.3410487"
}
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Alexander Brauckmann, Andrés Goens, Sebastian Ertel, Jeronimo Castrillon, Compiler-Based Graph Representations for Deep Learning Models of Code, 29th International Conference on Compiler Construction (CC), 2020, Download PDF

@inproceedings{
Brauckmann:DeepLearningGraph,
title = "Compiler-Based Graph Representations for Deep Learning Models of Code",
author = "Alexander Brauckmann, Andrés Goens, Sebastian Ertel, Jeronimo Castrillon",
year = "2020",
booktitle = "29th International Conference on Compiler Construction (CC)",
address = "San Diego, CA, USA",
month = "February",
publisher = "ACM",
pages = "201–211",
url = "https://doi.org/10.1145/3377555.3377894"
}
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Carsten Weinhold, Nils Asmussen, Michael Roitzsch, Hardware/Software Co-Design für eine Modulare Systemarchitektur, Echtzeit 2020: Kommunikationssicherheit im Internet der Dinge, 2020

@inproceedings{
Weinhold:CoDesign,
title = "Hardware/Software Co-Design für eine Modulare Systemarchitektur",
author = "Carsten Weinhold, Nils Asmussen, Michael Roitzsch",
year = "2020",
booktitle = "Echtzeit 2020: Kommunikationssicherheit im Internet der Dinge",
month = "November",
publisher = "Springer",
pages = "21–30",
url = "http://doi.org/10.1007/978-3-658-32818-4_3"
}
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Nils Asmussen, Michael Roitzsch, Carsten Weinhold, Pluggable Components All The Way Down, 1st International Workshop on Next-Generation Operating Systems for Cyber-Physical Systems (NGOSCPS), 2019, Download PDF

@inproceedings{
Asmussen:Pluggable2019,
title = "Pluggable Components All The Way Down",
author = "Nils Asmussen, Michael Roitzsch, Carsten Weinhold",
year = "2019",
booktitle = "1st International Workshop on Next-Generation Operating Systems for Cyber-Physical Systems (NGOSCPS)",
address = "Montreal, Canada",
month = "April"
}
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Nils Asmussen, Michael Roitzsch, Hermann Härtig, M3x: Autonomous Accelerators via Context-Enabled Fast-Path Communication, USENIX Annual Technical Conference (ATC), 2019, Download PDF

@inproceedings{
Asmussen:M3x,
title = "M3x: Autonomous Accelerators via Context-Enabled Fast-Path Communication",
author = "Nils Asmussen, Michael Roitzsch, Hermann Härtig",
year = "2019",
booktitle = "USENIX Annual Technical Conference (ATC)",
address = "Renton, WA, USA",
month = "July",
publisher = "USENIX"
}
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Matthias Hille, Nils Asmussen, Pramod Bhatotia, Hermann Härtig, SemperOS: A Distributed Capability System, USENIX Annual Technical Conference (ATC), 2019, Download PDF

@inproceedings{
Hille:SemperOS,
title = "SemperOS: A Distributed Capability System",
author = "Matthias Hille, Nils Asmussen, Pramod Bhatotia, Hermann Härtig",
year = "2019",
booktitle = "USENIX Annual Technical Conference (ATC)",
address = "Renton, WA, USA",
month = "July",
publisher = "USENIX"
}
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Till Miemietz, Hannes Weisbach, Michael Roitzsch, Hermann Härtig, K2: Work-Constraining Scheduling of NVMe-Attached Storage, 40th IEEE Real-Time Systems Symposium (RTSS), 2019, Download PDF

@inproceedings{
Miemietz:K2,
title = "K2: Work-Constraining Scheduling of NVMe-Attached Storage",
author = "Till Miemietz, Hannes Weisbach, Michael Roitzsch, Hermann Härtig",
year = "2019",
booktitle = "40th IEEE Real-Time Systems Symposium (RTSS)",
month = "December",
publisher = "IEEE"
}
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