High level modeling of run-time managers for the design of heterogeneous embedded systems

par Yaset Oliva Venegas

Thèse de doctorat en Électronique et télécommunications

Sous la direction de Fabienne Uzel-Nouvel.

Soutenue en 2012

à Rennes, INSA , dans le cadre de École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes) , en partenariat avec Université européenne de Bretagne (autre partenaire) .

mots clés

• Systèmes informatiques -- Ordinateurs -- Multiprocesseurs -- Ordinateurs -- Programmation -- Systèmes informatiques

Résumé

Afin de répondre à la difficulté toujours croissante de réaliser des systèmes embarqués, les concepteurs ont dû se tourner vers des méthodes et outils permettant d’abstraire le niveau de description. Ces systèmes modernes sont généralement caractérisés par la présence de multiples fonctions complexes de traitement numérique du signal et s’articulent de plus en plus autour de blocs hétérogènes (logiciels et matériels). Dans ce contexte, la tendance actuelle est d’incorporer un noyau afin de gérer ces différents blocs de manière flexible et dynamique. Lorsque ces blocs deviennent trop complexes, il devient alors possible d’ajouter au noyau des services supplémentaires afin d’en assurer la gestion. Ceci est notamment le cas lorsque les fonctions peuvent s’exécuter sur plusieurs processeurs hétérogènes ou dans des zones matérielles reconfigurables. Compte tenu de tous ces aspects, la première partie de cette thèse porte sur une contribution à un outil de conception et propose une méthodologie permettant d'explorer la structure d'un système embarqué. L'outil permet la spécification des trois éléments de base d'un système : l'application, l'architecture et le système d'exploitation (noyau) à partir de modèles de haut niveau. La méthodologie consiste à spécifier, simuler et analyser les trois éléments de base. La démarche d’exploration s’effectue de manière itérative jusqu'à ce qu’une solution satisfaisante soit déterminée. La seconde partie de la thèse a porté sur une extension d’un modèle noyau afin de gérer dynamiquement la migration des tâches entre différents blocs de traitement (processeurs ou zones reconfigurables). Le service proposé est conçu pour gérer les architectures à mémoire partagée contenant un noyau supportant une configuration maître/esclave. Ce service d’Offloading complète le modèle du noyau en y ajoutant de nouvelles fonctionnalités (la migration des tâches, gestion des tâches hétérogènes et le placement intelligent).

Titre traduit

High Level Modeling of Run-Time Managers for the Design of Heterogeneous Embedded Systems

Résumé

In order to circumvent the ever increasing difficulty of designing embedded systems, designers have to envisage using new methods and tools to abstract the level of description. These modern systems are usually composed of multiple complex functions of digital signal processing that are often implemented in heterogeneous (software and hardware) blocks. In this context, the current trend is to incorporate a kernel destined to manage these different processing blocks in a flexible and dynamic manner. As these blocks become too complex to handle, it is thus possible to add specific services to the kernel to manage it. This is particularly the case when the functions may run on multiple heterogeneous processors or in reconfigurable hardware. Considering all these aspects, the first part of this thesis is a contribution to a design tool and proposes a methodology to explore the structure of an embedded system. The tool allows the specification of three basic elements of a system: the application, the architecture and the operating system (kernel) from high level models. The methodology consists in specifying, simulating and analyzing these three basic elements. The process of exploration is performed iteratively until a satisfactory solution is reached. The second part of the thesis focused on an extension of a core model to dynamically manage the migration of tasks between different blocks (processors or reconfigurable areas). The proposed service is designed to manage the shared-memory architectures containing a kernel that supports a master / slave configuration. This Offloading service is part of the kernel model and adds new features (migration tasks, heterogeneous task management and the smart placement).