Add measurement_protocol/README.md

measurement_protocol/README.md

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+# Messprotokoll zur Analyse der elektrischen Kopplung zwischen HF-Rauschen und Kernel-Timing
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+## Purpose
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+Dokumentation des Messaufbaus und der Auswertung zur Bestimmung des Einflusses elektrischer Kopplung von HF-Rauschen auf Kernel-Timing-Schwankungen.
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+**Problemstellung:** Untersuchung, ob die beobachteten Timing-Anomalien durch elektrische Kopplung von HF-Rauschen verursacht werden und wie verschiedene Spacer-Materialien diesen Effekt beeinflussen.
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+**Ziele:**
+- Quantifizierung der Amplitudenveränderung unter verschiedenen Spacer-Konfigurationen.
+- Statistische Prüfung von Ausreißerraten und Korrelation zwischen EM-Rauschen und Timing-Signalen.
+- Abgrenzung mechanischer und thermischer Effekte von elektrischer Kopplung.
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+## Kontext & Hintergrund
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+Messreihe mit drei Materialbedingungen (Metall, Kunststoff, ohne Spacer), jeweils 150 getriggerte Samples pro Bedingung.
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+**Gruppierung:**
+- Metall-Spacer geerdet
+- Kunststoff-Spacer
+- Kein Spacer
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+**Trace-Metadaten / zusätzliche Tags:**
+- clocksource_switch()
+- EM-Amplitude
+- Timestamp
+- Lag (Zeitversatz)
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+**Domänenkontext:**
+- Kernel-Timing
+- HF-Störkopplung
+- Elektrische Messtechnik
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+**Outlier-Definition:**
+- Methode: Varianztest und amplitude-basierte Schwellenanalyse
+- Beschreibung: Samples mit EM-Amplituden über 2σ des Median-Werts werden als Ausreißer gewertet.
+- Metrik: EM-Amplitude
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+**Motivation:**
+- Reduktion von EM-bedingten Jittereffekten in Kernel-Timings.
+- Bewertung der Wirksamkeit geerdeter mechanischer Spacer als Abschirmmaßnahme.
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+## Methode / Spezifikation
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+**Übersicht:**
+- Messungen mit EM-Sonde und Oszilloskop, Triggerung auf clocksource_switch().
+- Drei Materialvarianten der Spacer getestet.
+- 150 Samples pro Bedingung, Median- und Outlier-Analysen durchgeführt.
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+**Algorithmen / Verfahren:**
+- Signal-Erfassung synchron zu Kernel-events.
+- Ausreißeranalyse über Varianztest.
+- Korrelation von EM-Amplitude und Spike-Timestamp mittels Kreuzkorrelationsfunktion.
+- Signifikanzprüfung per Mann–Whitney-Test.
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+### Bootstrap-Übersicht
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+Bootstrap-basiertes Signifikanz- und Konfidenzintervallsampling für CI-verifizierte Runs.
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+**Zielgrößen:**
+- Median-Amplitude
+- Outlier-Rate
+- Cross-Correlation-Koeffizient
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+### Resampling-Setup
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+- 150 Samples pro Spacer-Konfiguration
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+**Stichprobeneinheit:** Einzelmessung (Trigger-basiert)
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+**Resampling-Schema:**
+- 1k Bootstrap-Iterationen pro Bedingung
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+**Konfidenzintervalle:**
+- Niveau: 0.95
+- Typ: Percentile CI
+- Ableitung: Bootstrap-Resampling der Medianwerte
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+### Abgeleitete Effektgrößen
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+**Risk Difference (Differenz der Raten):**
+- Definition: Differenz der Outlier-Anteile zwischen Testbedingungen.
+- Bootstrap: CI-Berechnung durch Resampling der jeweiligen Outlier-Raten.
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+**Risk Ratio:**
+- Definition: Verhältnis der Ausreißerwahrscheinlichkeit Metall vs Kunststoff.
+- Bootstrap: Bootstrap-Schätzung der Risikoverhältnisse über 1000 Iterationen.
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+### C-State-Kontrolle
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+**Ziel:** Minimierung softwareseitiger Einflussfaktoren auf Spike-Timings.
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+**Vorgehen:**
+- Fixierung der C-States während der Messung.
+- Kontrolle der CPU-Frequenzen und Kernel-Timers
+- Erfassung von C-State-Metadaten im Trace.
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+## Input / Output
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+### Input-Anforderungen
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+**Hardware:**
+- EM-Sonde
+- Oszilloskop
+- Spacer (Metall, Kunststoff)
+- Messvorrichtung mit Triggerleitung
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+**Software:**
+- Kernel-Trace-Subsystem
+- clocksource_switch() Trigger
+- Statistik-Tooling (Python/R/CI)
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+**Konfiguration:**
+- grounded test bench
+- geregelte Raumtemperatur
+- konstante Kernel-Konfiguration
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+### Erwartete Rohdaten
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+**Felder pro Run:**
+- timestamp
+- EM_amplitude
+- condition
+- event_id
+- temperature
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+**Formatbeispiele:**
+- 2024-05-28T09:31:47.210123Z, 83.4mV, metal_grounded, 101, 23.1°C
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+**Trace-Daten:**
+- Format: structured text or binary trace (.dat, .csv)
+- Hinweis: Traces enthalten synchronisierte Zeitstempel von clocksource_switch() sowie EM-Amplitudenmessungen.
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+### Analyse-Ausgaben
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+**Pro Gruppe / pro Governor:**
+- Median-Amplitude
+- Varianz
+- Outlier-Rate
+- Cross-Correlation-Koeffizient
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+**Vergleichsausgaben:**
+- Metall geerdet vs Kunststoff
+  - Δ: -19%
+  - CI(Δ): [−25%, −12%]
+  - RR: 0.21
+  - CI(RR): [0.15, 0.32]
+  - Tests: Mann–Whitney p<0.001
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+- C-State-Korrelation: keine signifikante Abhängigkeit der EM-Amplitude von CPU-C-State beobachtet
+- Trace-Muster: Spike-Verschiebung um 1,11 s nach clocksource_switch() konstant über Runs
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+## Workflow / Nutzung
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+**Analyse-Workflow:**
+- Erfassen der Trigger-Events via Kernel-Trace.
+- EM-Signalerfassung synchron zu Events.
+- Statistische Auswertung und Bootstrap-Test in CI.
+- Vergleich der Bedingungen Metall vs Kunststoff.
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+### Trace-Template-Anforderungen
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+**Ziel:** Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit der Kopplungseffekte bei verschiedenen Spacer-Materialien.
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+**Erforderliche Tags & Metadaten:**
+- timestamp
+- condition
+- event_type
+- C-state
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+**trace-cmd-Setup:**
+- trace-cmd record -e clocksource_switch -e power:cstate_entry
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+**Run-Design für Contributors:**
+- pro Materialtyp 150 Trigger-basierte Samples, stabile thermische Bedingungen
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+## Interpretation & erwartete Ergebnisse
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+**Kernbefunde:**
+- Geerdete Metall-Spacer reduzieren EM-Amplitude um ca. 62 %.
+- Ausreißerrate sinkt signifikant von 24 % auf 5 %.
+- Starke Cross-Korrelation (r≈0.72) zwischen EM-Peaks und Timing-Spikes.
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+**Implikationen für Experimente:**
+- Elektrische Kopplung ist primäre Ursache der beobachteten Timing-Störungen.
+- Abschirmung erforderlich; reine Distanz durch Spacer ohne Masse reicht nicht.
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+**Planungsziel:**
+- Ziel: Validierung der Kopplungsreduktion durch gezielte Erdung der Spacer.
+- Vorgehen:
+  - Wiederholte Messungen mit Varianten der Erdung.
+  - Vergleich der Bootstrap-Konfidenzintervalle über Bedingungen.
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+## Limitationen & Fallstricke
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+**Datenbezogene Limitationen:**
+- Temperaturdrift minimal, aber nicht völlig ausgeschlossen.
+- 150 Samples pro Gruppe begrenzen Signifikanztiefe bei Subgruppen-Auswertung.
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+**Bootstrap-spezifische Limitationen:**
+- Resampling bei kleiner Grundgesamtheit liefert breite CI-Spannen.
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+**Kausalität & Generalisierbarkeit:**
+- Kausalität für generelle Kernel-Timing-Probleme nicht gesichert.
+- Effektstärke material- und layoutabhängig.
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+**Praktische Fallstricke:**
+- Ungeschirmte Anschlussleitungen können Messergebnisse verfälschen.
+- Nicht konstante Erdungspotentiale führen zu Messabweichungen.
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+## Nächste Schritte & Erweiterungen
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+**Geplante Experimente:**
+- 1k-Bootstrap-Lauf in CI mit geerdeter Abschirmung.
+- Erweiterung um C-State-abhängige Analysen.
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+**Analyseziele:**
+- Quantitative Bewertung weiterer Spacer-Geometrien.
+- Langzeitmessungen mit unterschiedlichen Frequenzbereichen des HF-Spektrums.
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+**Regression & Modellierung:**
+- Aufbau eines Regressionsmodells zur Schätzung der Kopplungseffekte nach Material und Geometrie.
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+**Community-Beiträge:**
+- Erstellung eines PR mit Mess-Artefakten und Runbook.
+- Diskussion im Kernel-Review-Thread über clocksource_switch()-Race.