Eingebettete Systeme sind in allen Bereichen der Automobil-, Avionik- und Kontrollanwendungen gegenwärtig und werden zunehmend durch Software (SW) definiert. Solche Systeme mit direkter Auswirkung auf die Zuverlässigkeit und Echtzeit müssen zuverlässig (fehlertolerant) genug sein und strenge Echtzeitanforderungen erfüllen um mögliche katastrophale Folgen wie den Verlust von Menschenleben, Schaden für die Umwelt oder den Verlust von Eigenschaften zu vermeiden. Die Integration von vielen neuen und innovativen Funktionalitäten in solche Systeme führt unweigerlich zu heterogenen Umgebungen, bestehend aus sicherheitskritischen als auch nicht-sicherheitskritischen Anwendungen (mixed-criticality), jeweils mit den damit verbundenen extrafunktionalen Anforderungen bezüglich Zuverlässigkeit, Echtzeit und Ressourcen. Effiziente System-Entwurfsmethoden und Techniken sind erforderlich, solch unterschiedliche Anwendungen in begrenzten Hardware (HW) Ressourcen zu integrieren. In dieser Dissertation entwickeln wir eine neue, verlässlichkeitsorientierte SW-HW Co-Design-Methode für die Systemebene, die den Entwicklungsprozess und die Optimierung solch eingebetteter Systeme von der Anforderungsanalyse über die Integrationsphase hin zur Realisierung des Prototypen in systematischer Weise führt. Zunächst entwickeln wir das Konzept einer gemeinsamen Abbildung von sicherheitskritischen als auch nicht-sicherheitskritischen Anwendungen auf eine gemeinsame, verteilte Rechnerarchitektur, so dass ihre operative Abgrenzung über die Integration erreicht wird. Weiterhin haben wir durch Quantifizierung der verschiedenen Entwurfsziele und Variablen einen optimierungsbasierten Co-Design-Ansatz erstellt. Unser Ziel ist es eine integrierte, eingebettete Architektur zu entwerfen. Ein systematischer, auf Heuristiken basierter Abbildungsprozess wird für die Integration von Anwendungen unterschiedlicher Kritikalität entwickelt. Eine Reihe von funktionalen und extra-funktionalen Anforderungen und Randbedingungen sind während des Abbildungsprozesses erfüllt. Schon in der frühen Entwurfsphase berücksichtigt der Abbildungsprozess strenge Designstrategien wie Fehlertoleranz, Fehlereingrenzung, robuste Partitionierung, Echtzeit, Ressourcen- und Energieverbrauch. Zuverlässigkeit wird durch Replikation von Anwendungen mit hoher Kritikalität garantiert, die Echtzeiteigenschaften durch eine Schedulability-Analyse gewährleistet. Der entwickelte Abbildungsalgorithmus generiert zuerst eine zulässige Lösung und führt dann die Optimierung in einheitlicher und effizienter Weise durch. Ein umfassendes Rahmenwerk für eine Multi-Variablen-Optimierung (MVO) wird entwickelt, das eine Reihe von konkurrierenden Variablen im Hinblick auf Zuverlässigkeit, Echtzeit und Ressourcenverbrauch quantifiziert und optimiert. Während des ganzen Optimierungsprozesses wird die Einhaltung der Randbedingungen garantiert. Der wichtigste Aspekt dieses Konzepts ist die Erhöhung der Zuverlässigkeit durch die Verwendung von Fehlereingrenzungsmechanismen wie Quantifizierung und Abschätzung der betrachteten Design-Variablen. Das Rahmenwerk wird dahingehend erweitert, dass die Zuverlässigkeit des Systems und der Stromverbrauch auf Systemebene als Design-Variablen quantifiziert und modelliert werden. Zur Evaluierung und Validierung der in dieser Dissertation entwickelten Methoden und Techniken werden umfangreiche Experimente durchgeführt. Im gesamten Verlauf der vorliegenden Arbeit, werden unsere Ideen und Konzepte anhand von praxisnahen Beispielen aus der Automobilentwicklung erläutert (wobei der Einsatz dieser Techniken zugleich validiert wird). Das Konzept wird auf eine Sammlung von Werkzeugen angewendet wobei wir einen Prototypen unseres Co-Design Ansatzes für die Systemebene entwickeln. Der Prototyp wird gemäß den Vorgaben eines transformationsbasierten Entwurfsprozesses erstellt.