# Messprotokoll zur Analyse der elektrischen Kopplung zwischen HF-Rauschen und Kernel-Timing

## Purpose

Dokumentation des Messaufbaus und der Auswertung zur Bestimmung des Einflusses elektrischer Kopplung von HF-Rauschen auf Kernel-Timing-Schwankungen.

**Problemstellung:** Untersuchung, ob die beobachteten Timing-Anomalien durch elektrische Kopplung von HF-Rauschen verursacht werden und wie verschiedene Spacer-Materialien diesen Effekt beeinflussen.

**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.

## Kontext & Hintergrund

Messreihe mit drei Materialbedingungen (Metall, Kunststoff, ohne Spacer), jeweils 150 getriggerte Samples pro Bedingung.

**Gruppierung:**
- Metall-Spacer geerdet
- Kunststoff-Spacer
- Kein Spacer

**Trace-Metadaten / zusätzliche Tags:**
- clocksource_switch()
- EM-Amplitude
- Timestamp
- Lag (Zeitversatz)

**Domänenkontext:**
- Kernel-Timing
- HF-Störkopplung
- Elektrische Messtechnik

**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

**Motivation:**
- Reduktion von EM-bedingten Jittereffekten in Kernel-Timings.
- Bewertung der Wirksamkeit geerdeter mechanischer Spacer als Abschirmmaßnahme.

## Methode / Spezifikation

**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.

**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.

### Bootstrap-Übersicht

Bootstrap-basiertes Signifikanz- und Konfidenzintervallsampling für CI-verifizierte Runs.

**Zielgrößen:**
- Median-Amplitude
- Outlier-Rate
- Cross-Correlation-Koeffizient

### Resampling-Setup

- 150 Samples pro Spacer-Konfiguration

**Stichprobeneinheit:** Einzelmessung (Trigger-basiert)

**Resampling-Schema:**
- 1k Bootstrap-Iterationen pro Bedingung

**Konfidenzintervalle:**
- Niveau: 0.95
- Typ: Percentile CI
- Ableitung: Bootstrap-Resampling der Medianwerte

### Abgeleitete Effektgrößen

**Risk Difference (Differenz der Raten):**
- Definition: Differenz der Outlier-Anteile zwischen Testbedingungen.
- Bootstrap: CI-Berechnung durch Resampling der jeweiligen Outlier-Raten.

**Risk Ratio:**
- Definition: Verhältnis der Ausreißerwahrscheinlichkeit Metall vs Kunststoff.
- Bootstrap: Bootstrap-Schätzung der Risikoverhältnisse über 1000 Iterationen.

### C-State-Kontrolle

**Ziel:** Minimierung softwareseitiger Einflussfaktoren auf Spike-Timings.

**Vorgehen:**
- Fixierung der C-States während der Messung.
- Kontrolle der CPU-Frequenzen und Kernel-Timers
- Erfassung von C-State-Metadaten im Trace.

## Input / Output

### Input-Anforderungen

**Hardware:**
- EM-Sonde
- Oszilloskop
- Spacer (Metall, Kunststoff)
- Messvorrichtung mit Triggerleitung

**Software:**
- Kernel-Trace-Subsystem
- clocksource_switch() Trigger
- Statistik-Tooling (Python/R/CI)

**Konfiguration:**
- grounded test bench
- geregelte Raumtemperatur
- konstante Kernel-Konfiguration

### Erwartete Rohdaten

**Felder pro Run:**
- timestamp
- EM_amplitude
- condition
- event_id
- temperature

**Formatbeispiele:**
- 2024-05-28T09:31:47.210123Z, 83.4mV, metal_grounded, 101, 23.1°C

**Trace-Daten:**
- Format: structured text or binary trace (.dat, .csv)
- Hinweis: Traces enthalten synchronisierte Zeitstempel von clocksource_switch() sowie EM-Amplitudenmessungen.

### Analyse-Ausgaben

**Pro Gruppe / pro Governor:**
- Median-Amplitude
- Varianz
- Outlier-Rate
- Cross-Correlation-Koeffizient

**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

- 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

## Workflow / Nutzung

**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.

### Trace-Template-Anforderungen

**Ziel:** Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit der Kopplungseffekte bei verschiedenen Spacer-Materialien.

**Erforderliche Tags & Metadaten:**
- timestamp
- condition
- event_type
- C-state

**trace-cmd-Setup:**
- trace-cmd record -e clocksource_switch -e power:cstate_entry

**Run-Design für Contributors:**
- pro Materialtyp 150 Trigger-basierte Samples, stabile thermische Bedingungen

## Interpretation & erwartete Ergebnisse

**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.

**Implikationen für Experimente:**
- Elektrische Kopplung ist primäre Ursache der beobachteten Timing-Störungen.
- Abschirmung erforderlich; reine Distanz durch Spacer ohne Masse reicht nicht.

**Planungsziel:**
- Ziel: Validierung der Kopplungsreduktion durch gezielte Erdung der Spacer.
- Vorgehen:
  - Wiederholte Messungen mit Varianten der Erdung.
  - Vergleich der Bootstrap-Konfidenzintervalle über Bedingungen.

## Limitationen & Fallstricke

**Datenbezogene Limitationen:**
- Temperaturdrift minimal, aber nicht völlig ausgeschlossen.
- 150 Samples pro Gruppe begrenzen Signifikanztiefe bei Subgruppen-Auswertung.

**Bootstrap-spezifische Limitationen:**
- Resampling bei kleiner Grundgesamtheit liefert breite CI-Spannen.

**Kausalität & Generalisierbarkeit:**
- Kausalität für generelle Kernel-Timing-Probleme nicht gesichert.
- Effektstärke material- und layoutabhängig.

**Praktische Fallstricke:**
- Ungeschirmte Anschlussleitungen können Messergebnisse verfälschen.
- Nicht konstante Erdungspotentiale führen zu Messabweichungen.

## Nächste Schritte & Erweiterungen

**Geplante Experimente:**
- 1k-Bootstrap-Lauf in CI mit geerdeter Abschirmung.
- Erweiterung um C-State-abhängige Analysen.

**Analyseziele:**
- Quantitative Bewertung weiterer Spacer-Geometrien.
- Langzeitmessungen mit unterschiedlichen Frequenzbereichen des HF-Spektrums.

**Regression & Modellierung:**
- Aufbau eines Regressionsmodells zur Schätzung der Kopplungseffekte nach Material und Geometrie.

**Community-Beiträge:**
- Erstellung eines PR mit Mess-Artefakten und Runbook.
- Diskussion im Kernel-Review-Thread über clocksource_switch()-Race.