Improving time predictability of shared hardware resources in real-time multicore systems: emphasis on the space domain

• Autores: Javier Jalle Ibarra
• Directores de la Tesis: Francisco J. Cazorla (dir. tes.), Eduardo Quiñones Moreno (codir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2016
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Guillem Bernat Nicolau (presid.), Miquel Moretó Planas (secret.), Sascha Uhrig (voc.)
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología de los ordenadores
      • Arquitectura de ordenadores
      • Sistemas en tiempo real
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: TDX
• Resumen

  • Los Sistemas Críticos Empotrados de Tiempo Real (CRTES) siguen un proceso de verificación y validación para su correctitud funcional y temporal. Este proceso incluye el análisis temporal que proporciona estimaciones de el peor caso del tiempo de ejecución (WCET) para dar evidencia de que el tiempo de ejecución del sistema, o partes de él, permanecen dentro de los límites temporales. Un principio de diseño clave para los CRTES es la cualificación incremental, por la que cada componente de software puede ser verificado y validado independientemente del resto de componentes, con beneficios obvios para el coste. A nivel temporal, esto requiere composabilidad temporal, por la que el comportamiento temporal de una función no se ve afectado por otras funciones. CRTES están experimentando un crecimiento sin precedentes con crecientes demandas de rendimiento que han motivado el uso the arquitecturas multi-núcleo (multicore). Los procesadores multi-núcleo pueden proporcionar el rendimiento requerido y tienen el potencial de integrar varias funcionalidades software en el mismo hardware. A pesar de ello, la interferencia entre los diferentes núcleos que aparece en los recursos compartidos de os procesadores multi núcleo crea una dependencia del tiempo de ejecución de una tarea con el resto de tareas ejecutándose simultáneamente en el procesador. Esta dependencia amenaza la predictabilidad temporal y compromete la composabilidad temporal. En esta tésis analizamos y proponemos soluciones hardware para ser aplicadas en los diseños multi núcleo actuales para CRTES que mejoran la predictabilidad y composabilidad temporal, centrándose en el bus y el controlador de memoria internos al chip. A nivel de hardware, proponemos nuevos diseños de buses y controladores de memoria que controlan y mitigan la interferencia entre los diferentes núcleos y permiten tener composabilidad temporal por diseño, también en el contexto de sistemas de criticalidad mixta. A nivel de análisis, proponemos modelos de predicción de la interferencia que factorizan el impacto de los núcleos y no necesitan modificaciones hardware. También proponemos un conjunto de Contadores de Control del Rendimiento (PMC) que proporcionoan evidencia de la interferencia. En esta tésis, damós especial importancia al dominio espacial, centrándonos en el procesador mutli núcleo Cobham Gaisler NGMP, que está siendo actualmente evaluado por la Agencia Espacial Europea para sus futuras misiones.