Resumen de Modelado e implementación de sistemas de tiempo real en procesadores muchos núcleos basados en malla
- español
En la actualidad, los procesos de fabricación de procesadores está generando sistemas con cada vez más núcleos de ejecución en el mismo chip. Este tipo de estrategias de fabricación ofrece potentes procesadores enfocados, principalmente, a las necesidades de cálculo computacional. Sin embargo, estos procesadores con tantos elementos en el mismo chip complican mucho el análisis temporal de tiempos de respuesta o pueden resultar siendo sistemas con unos tiempos de respuesta de peor caso mucho mayores que los deseables, lo cual hace que no se utilice su pleno potencial en sistemas de tiempo real estricto. Por contra, los procesadores muchos núcleos con topología de tipo malla parecen un prometedor compromiso entre potencia de cómputo y tiempos de respuesta acotados.
En esta tesis se propone un modelo, basado en el modelo MAST, que se puede utilizar para modelar aplicaciones ejecutadas sobre procesadores muchos núcleos con una topología de tipo malla. Además, el modelado realizado se aplica a un procesador real, el procesador muchos núcleos Epiphany que cuenta con una topología 4x4 de tipo malla. Este procesador se utiliza para aplicar y verificar todo desarrollado en el trascurso de esta tesis.
Otro elemento esencial para poder disponer de un sistema completamente funcional es el sistema operativo de tiempo real. Con este propósito se ha desarrollado M2OS-mc, una adaptación del sistema operativo M2OS al procesador Epiphany. M2OS-mc ha sido diseñado de forma que pueda ser fácilmente adaptable a cualquier otro procesador muchos núcleos con una topología de tipo malla. Para poder disponer en M2OSmc de mensajes sincronizados, que son necesarios en sistemas concurrentes, se han implementado dos primitivas de comunicación: los puertos de muestreo y los puertos con cola, basados en primitivas similares definidas en el estándar ARINC-653.
Para verificar el correcto funcionamiento del sistema operativo de tiempo real M2OS-mc y la validez del modelado, se ha desarrollado un generador que, partiendo de una definición de alto nivel de una aplicación, genera el fichero MAST que la modela y una implementación de la misma basada en tareas sintéticas. Con este generador se han implementado diferentes sistemas tipo para los que ha sido posible comprobar tanto el funcionamiento como la temporalidad de los mismos. Se ha podido, por lo tanto, confirmar que se dispone de un sistema funcional para sistemas de tiempo real estricto en procesadores muchos núcleos basados en malla.
- English
This thesis proposes a model, based on the MAST model, that could be used for modeling any system executed on a 2D mesh-based many-core processor. Furthermore, the developed model is applied to a many-core called Epiphany. This processor is used to apply and verify all the techniques developed during this thesis. Another essential element for being able to have a completely functional system is the real-time operating system. With that purpose we have developed M2OS-mc, targeted for the many-core processor Epiphany but designed for an easy adaptation to any other mesh-based many-core processor. To be able to have synchronized messages in M2OS-mc we have implemented the sampling port and queuing port communication primitives based in the ARINC-653 standard. To perform the needed tests that will check the correct behavior of the M2OS-mc real-time operating system as well as the model of a particular system, a code and MAST model generator has been developed that, from a system description in a single file, will generate every needed file for both purposes.
