ReCoNets – Entwurfsmethodik für eingebettete Systeme … · 2004. 2. 17. · DFG-SPP 1148 „Rekonfigurierbare Rechensysteme“ ReCoNets - Ch. Haubelt 9 Entwurfsmethodik für eingebettete

Einführungskolloquium zum DFG-Schwerpunktprogramm „Rekonfigurierbare Rechensysteme“12. – 13. Juni 2003, DaimlerChrysler AG, Stuttgart

ReCoNets –Entwurfsmethodik für eingebettete Systeme

bestehend aus kleinen Netzwerkenhardwarerekonfigurierbarer Knoten und

-verbindungen

Ch. Haubelt, D. Koch, T. Streichert, J. TeichHardware-Software-Co-DesignUniversität Erlangen-Nürnberg

{haubelt, dirk.koch, streichert, teich}@informatik.uni-erlangen.de

DFG-SPP 1148 „Rekonfigurierbare Rechensysteme“ReCoNets - Ch. Haubelt 2

Gliederung

� Motivation� Ziele� Arbeitsprogramm:

� Modellierung� Analyse� Synthese und Optimierung� Implementierung

� Ausblick


Gliederung



� Ausblick


Beispiel: Automobil

Quelle: DaimlerChrysler AG

Beispiele: Antriebsstrang, Komfort, Anzeigesysteme, Telematik, Diagnose, Diebstahlschutz, zukünftige Fahrfunktionen


Beispiel: Body-Area-Netzwerke

Quelle: Fraunhofer Gesellschaft

� geographisch feste Knoten� hohe Spezialisiertheit� schlechte

Ressourcenauslastung� kaum Flexibilität� geringe Ausfallsicherheit� …


Gliederung



� Ausblick


Entwurfsmethodik für eingebettete Systeme bestehendaus kleinen Netzwerken hardwarerekonfigurierbarer

Knoten und -verbindungen



Ziele (1/4)

� < 100 Knoten� Zum jedem Zeitpunkt ist jedem Knoten die funktionsfähige

Netztopologie und die Prozessverteilung bekannt




Ziele (2/4)

� Spezialisiertes System� Dynamische Nutzungsszenarien erfordern die

Anpassbarkeit des Systems und der einzelnen Knoten an unterschiedliche Anforderungen� Energieaspekte� Rechenleistung� …

� Nur durch Hardwarerekonfiguration zu erreichen




Ziele (3/4)

� Knoten sind elektrisch miteinander verbunden(Dies steht im Gegensatz zu Modellen und Verfahren von Funk- und optischen Netzen)

� Knoten sind an geographisch festen Orten gebunden� Flexibilität des Systems wird allein durch

Hardwarerekonfiguration erreicht




Ziele (4/4)

� Es fehlt an Entwurfsmethodik für diese Systeme!


Gliederung



� Ausblick


Reconf.Verbind.

FPGA

ReCoNode

Sensor-Controller-Aktuator-Kette

PS2

PC

PA2

A2

PAm

Am

PA1

A1

S2 SnS1

PS1 PSn

ReCoNet


Rekonfigurierbare Hardware

PA2

PA1

PC

CPU

PC PA2

PA1 PA2

PC PA1

PA1 PA2

PC

PC

PA2PA1


Zusammenfassung: Modellierung

� Modellierung und Architekturabbildung von sog. Sensor-Controller-Aktuator-Ketten

� Modellierung und Spezifikation zeitvarianter Anwendungen und Architekturen:� Zeitvariante Allokation α(t):

Welche Komponenten (Konfigurationen) stehen zum Zeitpunkt t zur Verfügung?

� Zeitvariante Bindung β(t):Auf welcher Komponente wird ein Prozess zum Zeitpunkt tausgeführt?


Gliederung



� Ausblick


Ausfallsicherheit und Fehlertoleranz

R1

B1

R2

B1 R2

2-Fehler: R1 B1 R1 R2

R2

1-Fehler: R1 B1

��

��

��

��

P1

C1

P2

��


Ausfallsicherheit

� Erste Vorarbeiten:� SAT-basierte Verfahren zur System-Synthese� Auch einsetzbar zur Analyse der Ausfallsicherheit zur

Entwurfszeit � Topologieoptimierung


Detektion von Ressourcendefekten

� Erkennung von Fehlern auf Leitungen z.B. durch paketorientierte Kommunikation

� Einsatz bekannter Techniken zur Kanalcodierung und Fehlerkorrektur als Hilfswerkzeuge möglich

� Knotendetektion kann z.B. von Leitungsdetektionabgeleitet werden


Gliederung



� Ausblick


R1 R2 R3 R4R1 0 1 1 1R2 1 0 1 1R3 1 1 0 1R4 1 1 1 0

R1 R2 R3 R4R1 0 1 1 1R2 1 0 1 1R3 1 1 0 1R4 1 1 1 0

R1 R2 R3 R4R1 0 0 1 1R2 0 0 1 1R3 1 1 0 1R4 1 1 1 0

R1 R2 R3 R4R1 0 0 1 1R2 0 0 1 1R3 1 1 0 1R4 1 1 1 0

R1 R2 R3 R4R1 0 1 1 1R2 1 0 1 1R3 1 1 0 1R4 1 1 1 0

R1 R2 R3 R4R1 0 1 1 1R2 1 0 1 1R3 1 1 0 1R4 1 1 1 0

R1 R2 R3 R4R1 0 0 1 1R2 0 0 1 1R3 1 1 0 1R4 1 1 1 0

R1 R2 R3 R4R1 0 0 1 1R2 0 0 1 1R3 1 1 0 1R4 1 1 1 0

Rerouting

R1

B3R2

R4

R3

PC

PS

PA

B4

computeShortestPath()




B2

B5

B1

B6


Online-HW/SW-Partitionierung (1/2)

R1

B3R2

R4

R3

PC

PS

PA

B4

B2

B5

B1

B6

� Aber: Wohin soll ein Prozessmigriert werden?� Minimierung der Anzahl der zu

rekonfigurierenden Knoten?� Ausgeglichene

Ressourcenauslastung?� Minimierung der mittleren

Kommunikationsstrecke?� …

� Soll ein Prozess nach derMigration in HW oder SW ausgeführt werden?

� Managmentfunktion zentral oderdezentral realisieren?


Online-HW/SW-Partitionierung (2/2)

Repartitionierung

Optimierung

(α(t), β(t))

(α‘(t), β‘(t))

(α‘(t), β‘‘(t))

e(t)

� Ereignis e(t) bewirktAllokationsänderung

� Repartitionierung bindet“kritische” Prozesse neu

� Optimierungsphase verteilt Prozesse neu

� Mögliche Zielgrößen:� Flächenbedarf für Hardware-

Prozesse je Knoten� Anzahl der Prozesse pro

Knoten


Gliederung



� Ausblick


Implementierung


Excalibur-Board

APEX FPGA:max. System Gates: 526.000max. RAM Bits: 106.496max. User I/Os: 382

Configuration Controller

256 kByte SRAM1 MByte Flash Memory


SoC-Realisierung

CPU

NIOS

PB

M

IRQ

TimerPIOSPI

Use

r Def

ined

Har

dwar

e

FlashSRAMSRAM


Arbeitsplan (1/2)

20%20%30%20%80%

20%20%30%50%40%

10%20%30%40%30%

10%10%20%20%10%

10%10%

10%Implement.AP8AP9AP10AP11AP12

10%10%30%

30%40%

30%40%

30%40%

40%40%

SyntheseAP6AP7

20%20%10%

30%20%

30%20%

30%20%

10%30%10%

40%20%10%

40%10%10%

AnalyseAP3AP4AP5

10%10%10%40%60%40%30%

60%60%ModellierungAP1AP2

Q8Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1


20%20%30%20%80%

20%20%30%50%40%

10%20%30%40%30%

10%10%20%20%10%

10%10%

10%Implement.AP8AP9AP10AP11AP12

10%10%30%

30%40%

30%40%

30%40%

40%40%

SyntheseAP6AP7

20%20%10%

30%20%

30%20%

30%20%

10%30%10%

40%20%10%

40%10%10%

AnalyseAP3AP4AP5

10%10%10%40%60%40%30%

60%60%ModellierungAP1AP2

Q8Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1

Arbeitsplan (2/2)

Modellierung zeitvarianter Anwendungen und ArchitekturenDefinition zeitvarianter Allokationen und Bindungen

Analyse von Spezifikationen mit zeitv. Allokation und BindungAnalyse von Ausfallsicherheit und Fehlertoleranz

Erkennung von Leitungs- und Knotenstörungen und -ausfällen

Mechanismen und Zielfunktionen zum Rerouting in ReCoNetsAlgorithmen zur Online-Hardware/Software-Partitionierung

Analyseverfahren zur Bestimmung der AusfallsicherheitRoutingverfahren bei fehlerhaften Leitungen und Knoten

Simulative Implementierung der Online-HW/SW-PartitionierungAufbau des Demonstrators

Test des Demonstrators an Beispielen


Gliederung



� Ausblick


Ausblick (1. + 2. Phase)

� 1. Phase terminiert in einem ersten einfachenPrototypen:� Automatisches Erkennen von Leitungs- und Knotenausfällen� Automatisches Rerouting bzw. Repartitionierung

� 2. Phase: Betriebssystemdienste:� Verwaltung von HW- und SW-Prozessen� Kombination der Entwurfsmethodiken auf Mikro- und

Makroebene (ReCoNets & ReCoNodes)


Ausblick (3. Phase)

� 3. Phase:� Optimierung der Netztopologie� Sicherheit und Zugang zu ReCoNets� Echtzeitverhalten in ReCoNets

Documents

ReCoNets – Entwurfsmethodik für eingebettete Systeme … · 2004. 2. 17. · DFG-SPP 1148 „Rekonfigurierbare Rechensysteme“ ReCoNets - Ch. Haubelt 9 Entwurfsmethodik für eingebettete