Génération de code pour un many-core avec des contraintes temps réel fortes

Code Generation for Multi-Core Processor with Hard Real-Time Constraints

• Auteur / Autrice : Amaury Graillat
• Direction : Pascal Raymond, Matthieu Moy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 16/11/2018
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Verimag (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Alain Girault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Bouillard, Benoît Dupont de Dinechin, Christine Rochange
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jan Reineke, Robert de Simone

Mots clés

Mots clés contrôlés

LUSTRE (langage de programmation)

Programmation en temps réel

Mots clés libres

Criticalité

Langage synchrone

Temps réel

Langage synchrone

Synchronous language

Criticity

Time critical

Synchronous language

Résumé

La plupart des systèmes critiques sont dits «temps-réel durs» puisqu'ils requièrent des garanties temporelle fortes. Ces systèmes sont de plus en plus complexes et les processeurs mono-coeurs traditionnels ne sont plus assez puissants. Les multi-coeurs et les pluri-coeurs sont des alternatives plus puissantes, cependant ils contiennent des ressources partagées. Les accès concurrents à ces ressources provoquent des interférences qui doivent être prises en compte puisqu'elles rendent les délais d'accès non prédictibles. Pour les pluri-coeur, le réseau sur puce (NoC) doit être configuré pour éviter les interblocages et garantir des pires temps de traversée précis. Le MPPA2 de Kalray est un pluri-coeur avec de bonnes propriétés temporelles.Les langages Synchrones flot de données tels que Lustre ou Scade sont largement utilisés dans l'industrie aéronautique. Les programmes sont des réseaux de noeuds de calcul communicants. Nous présentons une méthode pour extraire le parallélisme des programmes Synchrones. Nous générons du code pour déployer les tâches parallèles sur la puce et pour implémenter les communications en mémoire partagée ou à travers le NoC. Notre solution permet la traçabilité du code. Elle est basée sur un modèle d'exécution dirigé par le temps où chaque tâche a une date de début. L'ordonnancement est statique et minimise les interférences grâce à l'utilisation de bancs mémoire. Une borne de pire temps d'exécution (WCET) est calculée. Elle inclut les interférences mémoire et les pires temps de traversée NoC. Nous générons la configuration du processeur qui permet une allocation équitable des bandes passantes sur le NoC, la garantie de temps de traversées bornés et la synchronisation des horloges. Enfin, nous appliquons notre outils sur des exemples de programmes aéronautiques et un exemple synthétique utilisant 64 coeurs.

Most critical systems are subject to hard real-time requirements. These systems are more and more complex and the computational power of the predictable single-core processors is no longer sufficient. Multi- or many-core architectures are good alternatives but interferences on shared resources must be taken into account to avoid unpredictable timing effects. For many-core, the Network-on-Chip (NoC) must be configured such that deadlocks are avoided and a tight Worst Case Traversal Time (WCTT) of the communications can be computed. The Kalray MPPA2 is a many-core architecture with good timing properties.Dataflow Synchronous languages such as Lustre or Scade are widely used for avionics critical software. In these languages, programs are described by networks of computational nodes. We introduce a method to extract parallel tasks from synchronous programs. Then, we generate parallel code to deploy tasks on the chip and implement NoC and shared-memory communications. The generated code enables traceability. It is based on a time-triggered execution model which relies on a static schedule and minimizes the memory interferences thanks to usage of memory banks. The code enables the computation of a worst case execution time bound accounting for the memory interferences and the WCTT of NoC transmissions. We generate a configuration of the platform to enable a fair bandwidth attribution on the NoC, bounded transmissions through the NoC and clock synchronization. Finally, we apply this toolchain on avionic case studies and synthetic benchmarks running on 64 cores.