Resumen de Gestión de la reconfiguración dinámica en dispositivos lógicos programables basada en una arquitectura de objetos distribuidos
Resumen de tesis doctoral:
La capacidad de modificación, en tiempo de ejecución, de parte de la arquitectura de un diseño implementado en un dispositivo lógico programable como las Field Programmable Gate Array (FPGA) abre novedosas posibilidades de diseño, Es posible modificar parte del mismo mientras el resto permanece en funcionamiento, esto es crear (insertar) o destruir (desalojar) componentes u objetos hardware en nuestro diseño, mientras el sistema está en ejecución. Esto significa que es posible modificar o actualizar el diseño a nuevas aplicaciones "sobre la marcha", sin necesidad de rediseño total del sistema ni de reconfiguración completa del dispositivo, solo aquellos componentes que vayan a ser modificados o reemplazados.
Esta capacidad de reconfiguración por partes y en tiempo de ejecución, que llamaremos Reconfiguración Parcial Dinámica, permite una flexibilidad de diseño sin precedentes, en donde se conjugan varios factores:
¿ reducción del coste y tiempo del proceso de diseño, ¿ ahorro de área involucrada en la FPGA, ¿ reducción de consumo de potencia, ¿ posibilidad de adaptación de diseño a futuras versiones sin necesidad de rediseño total del nuevo sistema, ¿ incorporación de nuevas funcionalidades en el mismo espacio en tiempo de ejecución, de manera de cumplir con los requerimientos variables de las nuevas aplicaciones, (por ejemplo en telefonía móvil), Actualmente la reconfiguración dinámica se lleva a cabo de manera casi artesanal, altamente dependiente de la tecnología a utilizar y el diseño de sistemas dinámicamente reconfigurables o computación reconfigurable, como se la encuentra en la literatura, presenta una serie de problemas como los siguientes:
¿ cómo realizar el proceso de reconfiguración de manera eficiente (reducir latencia) ¿ cómo y cuándo detener/activar un componente (gestión de reconfiguración) ¿ cómo y dónde almacenar su estado (persistencia y asignación de memoria) ¿ cómo acceder al nuevo componente (localización) ¿ cómo lograr la integración de Ips ¿ cómo facilitar la migración de tareas ¿ cómo incorporación de nuevos componentes una vez desplegado el sistema (dinámica) En esta tesis se propone una solución integral, la cual es desarrollada y presentada como un conjunto de servicios que han sido diseñados para dar respuesta a cada uno de estos problemas.
Este conjunto de servicios, integrados en uno general denominado Servicio de Reconfiguración Dinámica del Middleware (SRDM), es otorgado por una arquitectura que está construida sobre un sistema de comunicaciones inspirado en el paradigma de objetos distribuidos denominada Object Oriented Communication Engine (OOCE).
Los objetivos concretos de la propuesta son los siguientes:
- Proveer una gestión transparente del proceso de reconfiguración. (Detener componente a - Permitir una directa integración de objetos diseñados por terceros.
- Proveer un manejo de la persistencia de estado eficiente y seguro.
- Permitir la activación explícita e implícita de objetos, de forma local o remota.
- Facilitar el proceso de migración de tareas.
- Ofrecer servicios de mayor nivel a las aplicaciones/sistema operativo El SRDM es un servicio complejo que requiere el manejo de aspectos tales como reserva de memoria, instanciación física de objetos, manejo de tablas, transferencia de datos, etc. Para ello se propone el siguiente conjunto de servicios básicos que se añaden al modelo de comunicación:
¿ Servicio de Asignación/Reserva de Memoria (Memory Allocation Service) ¿ Servicio de Ubicación de objetos (Object Locator Service) ¿ Servicio de Factoría de Objetos (Object Factory Service).
Además, se propone un modelo para el manejo de la persistencia de estado, que permite la continuación de ejecución de métodos de objetos que son reinsertados en el sistema y han sido previamente desalojados, y para facilitar el proceso de migración de tareas.
Estos servicios son solicitados y manejados por un componente denominado Reconfiguration Controller (RController) el cual se encarga de la gestión del proceso de reconfiguración parcial dinámica. Este componente más los servicios descritos forman el Servicio de Reconfiguración Dinámica del Middleware.
Aportaciones Las principales aportaciones realizadas en esta tesis son:
a) La definición de un servicio de reconfiguración dinámica que ofrece las siguientes prestaciones:
1) Gestiona el proceso de manera eficiente tanto local como remotamente y reduce drásticamente el tiempo de reconfiguración.
2) Permite la incorporación dinámica de nuevos objetos al sistema una vez desplegado, que no fueron previstos durante el diseño del mismo, resolviendo inconvenientes tales como: a) proveer identidad única a los nuevos objetos, b) otorgarle su dirección base dentro del mapa de memoria del sistema, c) conocer el tamaño del estado de cada uno de estos nuevos objetos para reservar espacio en memoria, d) reservar este espacio de memoria y registrar su dirección base, e) registrar la dirección donde está almacenado el bitstream parcial correspondiente a cada objeto nuevo. Estos inconvenientes son resueltos a través de sus servicios de localización de objetos y de asignación dinámica de memoria.
3) Aumenta la capacidad del proceso de reconfiguración permitiendo su activación no solamente de manera explícita sino también implícitamente.
4) Provee un modelo de manejo de la persistencia eficiente y seguro, que permite detener y reiniciar la ejecución de los métodos de los objetos que se intercambian y facilita, además, la migración de tareas de un objeto a otro, Hw o Sw, en tiempo de ejecución, sin pérdida de datos ni de estados.
5) Ofrece una misma interfaz para los objetos en áreas estáticas y áreas reconfigurables.
b) El SRDM a través de sus servicios de gestión del proceso de reconfiguración, integración de componentes, servicio de locación de objetos, el servicio de persistencia, servicio de activación explícita e implícita de objetos, servicio de migración de tareas, forma la base para la edificación de aplicaciones o la construcción de un sistema operativo distribuido de más alto nivel.
