Time predictable systems based on pipeline processor with interleaving of hardware threads

摘要

Artykuł przedstawia mikroarchitekturę przewidywalnego czasowo systemu opartą na procesorze potokowym, w którym zastosowano ideę przeplotu wątków. Przedstawiono abstrakcyjny model takiego procesora zastosowanego do aplikacji pracujących w elektronicznych systemach wbudowanych czasu rzeczywistego. Autorzy położyli główny nacisk na uzyskanie wysoce powtarzalnego i przewidywalnego czasowo systemu pracującego przy silnych wymaganiach czasowych. Problem został przeanalizowany na modelach zaimplementowanych na wysokim poziomie abstrakcji w języku SystemC. W artykule przeprowadzono r ównież badania dotyczące zagadnień komunikacji wątków z systemem pamięci. Zaproponowano specjalny mechanizm zawieszania pracy wątków. Omawiane zagadnienia zostały przedstawione na przykładach wielozadaniowych scenariuszy złożonych z zbioru standardowych wzorcowych algorytmów Mälardalen przeznaczonych do czasowej analizy najgorszego przypadku (WCET). Dokonano analizy optymalnych scenariuszy harmonogramowania zadań z elastycznym wykorzystaniem dostępnych zasobów przy narzuconych wymaganiach czasowych. Zaprezentowana metoda pokazała, że stanowi dobre narzędzie analizy modeli systemów wysokiego poziomu.%The paper presents the microarchitecture of highly predictable real-time systems based on pipeline processor with the idea of thread interleaving. The abstract model of such to real-time electronic embedded systems is given. The authors put their main efforts to obtain highly repeatable and time predictable applications with strong timing requirements. The problem is presented and analyzed on high level abstract models implemented in SystemC - a modern tool for electronic embedded systems design and prototyping. The paper investigates issues concerning the threads' communication with the memory system. A special threads suspending mechanism has been proposed. The presented issues have been analyzed on various examples of multitasks' scenarios composed of set of worst case Maelardalen benchmark programs (WCET). The optimal scheduling scenarios with flexible usage of available resources with respect to the timing constraints have been analyzed. The presented methodology proved to be a good tool for high level system models analysis.