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Hier eine Themenübersicht, gefolgt von etwas detaillierteren Darstellungen. Ein anderer Generell sind Themenvariationen möglich, und auch selbst definierte Themen aus dem Bereich Echtzeitsysteme/Eingebettete Systeme können gerne besprochen werden. Ein weiterer Weg, um in kompakter Form einen Einblick in aktuelle Themen der Arbeitsgruppe zu bekommen, ist die Teilnahme an dem regelmäßig zu Semesterende bzw. in der vorlesungsfreien Zeit angebotenen Oberseminar.

Die meisten Themen lassen sich sowohl als Bachelor-/Master-/Diplomarbeit als auch, mit eingeschränktem Umfang, als Studienarbeit definieren. Generell sind Themenvariationen möglich, und auch selbst definierte Themen aus dem Bereich Echtzeitsysteme/Eingebettete Systeme können gerne besprochen werden.

Hinweis: Es ist Studierenden ausdrücklich empfohlen, sich frühzeitig bei den verschiedenen Arbeitsgruppen über mögliche Themen der Abschlussarbeit zu informieren. WWW-Seiten wie diese hier sind ein guter erster Anlaufpunkt, und es ist eine gute Idee, sich vor einem Gespräch mit einem potenziellen Betreuer (Professor, Assistenten -- generell die Dozenten von Lehrveranstaltungen) über mögliche Themen einen Blick auf diese Seiten zu werfen. Es ist jedoch erfahrungsgemäß schwierig, auf solchen Seiten vollständige und aktuelle Informationen bereitzustellen; sie sollten daher eher als grober Indikator der jeweils möglichen Themenfelder dienen denn als konkrete Ausschreibungen. Um zu erfahren, welche Themen konkret verfügbar sind, zu dem angestrebten Zeitrahmen, sollte man auf jeden Fall die Dozenten konsultieren.

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Automatic Graph Layout

Advisors: Ulf Rüegg, Christoph  Christoph Daniel Schulze, Reinhard von Hanxleden.

Ein sehr wichtiger Teil des KIELER Projekts is wichtiges Gebiet für uns ist das automatische Layout von Diagrammen. Hierfür gibt es bereits Werkzeuge, die gute Algorithmen enthalten, so dass viele Diagramme bereits jetzt übersichtlich und automatisiert angeordnet werden können (siehe z.B. Graphviz). Für einige besondere Arten von Diagrammen sind diese allgemeinen Algorithmen jedoch nicht geeignet, da zusätzliche Anforderungen an das Layout erfüllt werden müssen. Außerdem ist häufig die technische Anbindung vorhandener Algorithmen umständlich. Nutzer müssen sich mit der Funktionsweise der Algorithmen beschäftigen, um sie für ihre Anwendung optimal konfigurieren zu können.

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» Algorithmen-Entwicklung. Wir implementieren vorhandene Ansätze zum Layout von Graphen in Java und binden sie in das KIELER Framework unser Projekt ein. Der Schwerpunkt liegt auf dem Entwurf von Erweiterungen, die spezielle Anforderungen unterstützen, z.B. für Datenfluss-Diagramme. Dies ist gut für alle geeignet, die sich gerne mit Graphentheorie, effizienten Algorithmen oder kombinatorischer Optimierung beschäftigen.

» Meta Layout. Hierunter verstehen wir ein abstraktes Layout, welches im Gegensatz zum konkreten Layout nicht durch (x,y) Koordinaten definiert ist, sondern den Nutzern verschiedene Schnittstellen bietet, um auf schnelle und einfache Weise die Layout-Algorithmen zu konfigurieren. Die große Herausforderung liegt dabei in der Entwicklung von Abstraktionsebenen, die den Nutzer möglichst direkt zu einem guten Layout führen und trotzdem flexibel genug sind.» Dienste. Algorithmen und Meta Layout müssen den Anwendern zugänglich gemacht werden, damit ein Nutzen daraus entsteht. Dazu müssen wir verschiedenste graphische Frameworks mit vorhandenen Layout-Bibliotheken integrieren und eine Reihe von Werkzeugen entwickeln, mit denen die Verfügbarkeit unserer Lösungen gesteigert wird. Hierzu gehört z.B. die Unterstützung von Standard-Graphenformaten sowie ein Web-Service für automatisches Layout.

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  • 2 Heuristics for the Compact Layering Problem (Bachelor, Master)
    Usually the layer assignment problem of the layer-based approach seeks to let as many edges as possible point into the same direction. Refraining from doing so sometimes allows more compact drawings, which so far has been evaluated using optimization problems. The task is to find and evaluate appropriate heuristics.
  • 2 Evaluate Impact of Reversing Edges on Humans (Master)
    Reversing edges during the layer assignment problem as suggested by the previous topic may have a negative impact on the readability of diagram. User-studies should be carefully planned and conducted to answer two questions: which edges are naturally reversed by humans and does reversing too many edges worsen comprehensibility?
  • 2 Layering Algorithms (Bachelor, Master)
    Implement an alternative algorithm for the layer assignment problem used in the layer-based approach to graph layout. The focus of the algorithm could be the consideration of the number of edge crossings, a given aspect ratio, or overall compactness.
  • 2 Node Placement With a Focus on Compactness (Master)
    Node placement algorithms often try to draw as many edges as straight lines as possible. However, that usually results in less compact diagrams. The focus of this topic would be to devise or adapt a node placement algorithm that tries to strike a balance between straightness and compactness.

 

  • 2 Interactive Constraint Creation and Application in Automatic Layout (Bachelor, Master)
    Evaluate options how to create constraints on the layout like "Node x should be placed at position y" and how to implement this in the current layout algorithms. Assess how such constraints can be persisted within the model.
  • 3 Force Based Drawing with Port Constraints (Master)
    Develop methods for integrating port constraints in force-based drawing approaches. The resulting node placement shall be evaluated using an edge router such as libavoid on the model library of Ptolemy.
  • 3 Combining Forces and Layers (Master)
    Design and implement a layout algorithm that combines the force-based and the layer-based approaches. The first three phases of the layer-based approach shall be replaced by a node distribution computed with a force-based approach.

 

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Modeling Pragmatics

Advisors: Reinhard von Hanxleden, Ulf Rüegg, Christoph Daniel Schulze

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Die Entwicklung geschieht im Eclipse Layout Kernel-Projekt (kurz ELK), einem offiziellen Eclipse-Projekt welches hauptsächlich wir betreuen und weiter entwickeln. Ergebnisse in diesem Bereich fließen damit einer tatsächlich existierenden Nutzerbasis zu.

Modeling Pragmatics

Advisors: Christoph Daniel Schulze, Reinhard von Hanxleden

  • Post-Processing Label Placement with Label Management (Bachelor, Master)
    This is about implementing a stand-alone label placement algorithm that can place node and edge labels after everything else has already been placed. Since there might not be enough space to place all labels, the algorithm should provide different options of coping with such situations. One would be to hide such labels, another one would be to apply label management to them.
  • Standalone Edge Routing (Master)
  • Compound Graph Exploration (Bachelor, Master)
    A new graph exploration approach should be examined which is uses different zoom levels for different compound nodes. This tries to map the "Google Maps approach" of only showing the information of interest at any given zoom level to the field of graph exploration.1 OpenStreetMap-Based Model Exploration
  • Improvements to Spline Edge Routing (Bachelor, Master)
    Implement a prototype to investigate whether OpenStreetMap can be used to display custom data (such as, say, rendered diagrams) to use its filtering and exploration features for exploring large diagrams.3 Spline edge routing closely follows the routes orthogonal edges would take. A Bachelor's thesis could work on improving how splines connect to their end points to make the results look more natural. A Master's thesis could look at improving the routes splines take through a diagram more generally.
  • Interactivity for Further Diagram Elements and Layout Algorithms (Bachelor, Master)
  • Relative Interactivity Constraints (Bachelor, Master)
  • Polishing and Evaluating Interactive User Experiences (Bachelor, Master)
  • Interaction Techniques for Large Diagrams (Bachelor, Master)
  • Control Flow Graph Exploration / Visualization (Bachelor)
    Use pragmatics concepts (automatic layout, focus & context) for exploring/visualizing control flow graphs and specific paths, eg. as computed by OTAWA WCET analysis tool, eg. using KLighD.

Further possible thesis topics can be found in ELK's GitHub repository. Note, however, that some issues there may already be worked on.

Semantics, Synchronous Languages and Model-based Design

Advisors: Christian Motika, Steven  Steven Smyth, Alexander Schulz-Rosengarten, Reinhard v. Hanxleden

Heute haben sich eine ganze Reihe von Modellierungssprachen durchgesetzt, die grafische Modelle verwenden. Dazu zählen beispielsweise die Unified Modeling Language (UML) oder die Werkzeugketten Simulink/Stateflow von Mathworks und SCADE von Esterel-Technologies. Letztere werden insbesondere auch im Entwurf eingebetteter und sicherheitskritischer Systeme (z.B. in Fahr- und Flugzeugen) eingesetzt.

Im KIELER Projekt wird dieser Ansatz verallgemeinert und auch für andere Sprachen umgesetzt. Das Projekt wird mit innovativen state-of-the-art Techniken des Software-Entwurfs entwickelt und bietet daher den Entwicklern Einblick in einen hoffentlich interessanten Entwicklungsprozess. Dies beinhaltet vor allem die Plug-in Entwicklung für die Eclipse Plattform und die Arbeit im Team, zu deren Unterstützung Projektmanagement-Werkzeuge wie dieses Conflunce Wiki eingesetzt werden.

Im Rahmen dieses Projektes gibt es Raum für zahlreiche Arbeiten mit übersichtlichem Umfang, die einen schönen (aber in sich abgeschlossenen) Beitrag zur Verbesserung der Handhabbarkeit vom modellbasierten Entwurf leisten können. 

In diesem Kontext sind Themenstellungen für Bachelor-/Master-/Diplom- und Studienarbeiten beispielhaft genannt. Bei Fragen oder sprechen Sie einen Betreuer bitte direkt an:

 

SCCharts Modelling & CompilationSynchronous languages are well-established for the design of embedded, in particular safety-critical systems. One of our research areas concerns the further development of such languages and their efficient compilation. Specifically, we explore the paradigm of "sequential constructiveness" for reconciling familiar, imperative programming concepts with the sound grounding of synchronous languages. One language we have developed to try out and validate our concepts is the SCCharts language, which keeps evolving and thus offers many opportunities for student theses.

SCCharts Code Generation & Optimizations

  • Optimization of the SCCharts compiler/transformations (Bachelor/Master)
    Profile the actual SCCharts compiler/transformations and apply optimizations; also evaluate the possibility to use multiple cores for compilationOn the pragmatics of modeling large models in SCCharts (Bachelor/Master)
    Evaluate the possibilities to create and maintain large models in model-based languages (i.e. SCCharts) and provide suggestions for improvements
  • Extend the SC MoC to handle priority-based variable accesses (Bachelor/Master)
    Add priorities to variable accesses to extend the SC MoC and therefore the number of valid sequentially constructive synchronous programs.
  • Transformation of Circuits to SCCharts (Bachelor/Master)
    Implement a transformation that translates circuits to (dataflow) SCCharts.
  • Efficient data dependency & scheduling analyses in SCCharts (Master/Bachelor)
    Implement analyses for data dependency, dependencies and scheduling (e.g. tick boundaries) for SCCharts to improve static scheduling of the compiler
  • Curing Schizophrenia in SCCharts (Master/Bachelor)
    Develop new synchronizer to handle schizophrenia properly (e.g. depth join).
  • SCCharts Verification (Master/Bachelor)
    Add the possibility to perfom model checking on SCCharts
  • Derive M2M Transformations from Pseudocode (Master/Bachelor)
    Create a Pseudocode DSL (and generator) to automatically derive M2M transformations. 
  • Raceyard evaluation (Master)
    Evaluate the possibility for the use of SCCharts in the Raceyard context and pave the way for future experiments

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  • Javascript code generation (Bachelor/Master)
    Implement a javascript code generation for SCCharts. Integrate with simulation and (environment) visualization to deploy a complete example as standalone web page. Compare with HipHop.js based on Esterel.

SCCharts Simulation

  • Visualization of Model-based Simulation via Tracing (Bachelor/Master)
    Use the already implemented Model-to-Model-Tracing in KIELER to visualize simulations. 
  • Environment Simulations for Core SCCharts Interpreter with dynamic Scheduling (Master/Bachelor)
    Develop a system to simulate environments (e.g. for Lego Mindstorms) for SCCharts in KIELERCore SCCharts Interpreter Implement an Interpreter for Core SCCharts that supports SC Policies.
  • Live Debugging of Statecharts (Master/Bachelor)
    Implement an Interpreter for Core a dedicated debugging view for SCCharts.

Model-based C Code Compilation

  • Incremental Model-based Compilation of Legacy C Programs (Bachelor/Master)
    Modify the model-based compiler in KIELER so that it is able to compile C to (S)CCharts incrementally.Microstep-Simulation of Statecharts (Master/Bachelor)
    Implement a method to do microstep simulation with SCCharts.

Model-based C Code Compilation

  • Execution of Recursive Dataflow Code (Master/Bachelor)
  • Execution of Concurrent Dataflow Code (Master/Bachelor)
    Modify the model-based dataflow compiler in KIELER so that it is able to compile recursive/concurrent C programs.
    For Master students: Implement both.

Synchronous Languages

  • Incremental Compilation of SCEst (Bachelor/Master)
    Modify the KIELER SCEst language so that KIELER is able to compile Esterel step-by-step to C via SCL.
    For Master Students: Also add the possibility to compile from SCCharts to SCEst. 
  • eSCL - Implementing gotopause (Bachelor/Master)
    Create an extended dialect of the SC Language including the gotopause statement and implement a transformation to SCL.
  • Quartz (Master)
    Integrate the synchronous Quartz language into KIELER for validation purposes and teaching.

 

Miscellaneous Topics

Advisors: to be determined.

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