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