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Performance Analysis of Multiprocessor Real-Time Systems with Shared Resources (eBook, PDF)

Beschreibung

Eingebettete Systeme, die das Leben sicherer, produktiver und komfortabler machen, werden von Konsumenten in immer stärkerem Maße wertgeschätzt. Viele dieser eng mit der Außenwelt interagierenden Systeme zum Beispiel im Automobil bestehen schon heute aus zahlreichen Einzelkomponenten, die gemeinsam die komplexen, oft verteilten Funktionen bereitstellen. Um den wachsenden Rechenanforderungen gerecht zu werden und möglichst auch die Anzahl der Recheneinheiten zu reduzieren, sind die einzelnen Komponenten inzwischen selbst komplexe Systeme, bestehend aus mehreren Prozessoren und gemeinsam genutzten Ressourcen. Dieser hierarchische Aufbau führt zu einer nur schwer zu beherrschenden Systemkomplexität. Um dennoch die Produktivität im Entwicklungsprozess und die Sicherheit der ausgelieferten Systeme zu gewährleisten, werden Methoden benötigt, die über die klassischen Verfahren wie Entwicklung, Simulation und anschließender Fehlersuche hinausgehen. Formale Analysemethoden sind eine ideale Ergänzung um die aufkommenden Integrationsrisiken frühzeitig zu erkennen und zu entschärfen, und um insbesondere in sicherheitskritischen Systemen eine Unterdimensionierung von Systemkomponenten zu vermeiden, die zu einer Verletzung von zeitlichen Anforderungen führen würde. In dieser Arbeit begegnen wir den Herausforderungen bestehender und zukünftiger Systemarchitekturen mit einer formalen Methode zur Performanzanalyse. Dabei liegt der Fokus zunächst auf der Analyse der verteilten Funktionen, indem auch etablierte Performanz-Indikatoren erneut untersucht werden. Es werden neue Methoden eingeführt, um das zeitlich verzerrte Verhalten von Ereignissen entlang einer Task-Kette zu untersuchen und um die Antwortzeiten der Tasks und die Gesamt- Latenz entlang einer Kette zu bestimmen. Diese Methoden basieren auf einem neuen Modell des Zeitverhaltens eines einzelnen Tasks, das sehr effizient die nötigen zeitlichen Eigenschaften abstrahiert und diese für die System-Analyse zur Verfügung stellt. Zusammen mit einer verallgemeinerten Betrachtung von Event-Modellen, die auch spezielle Charakteristika wie periodische Bursts erfasst, führen diese Methoden zu sehr präzisen Ergebnissen ohne Effizienz einzubüßen. Die wachsenden Berechnungs- und Sicherheitsanforderungen führen auch in Steuerdominierten Systemen vermehrt zum Einsatz von Multicore-Controllern. Die Integration und Verifikation von Tasks auf einer solchen Plattform stellt wiederum ein Problem dar, das den System-Integrationsprozess um eine Komplexitätsstufe anreichert: Das Zeitverhalten der Task ist voneinander abhängig, auch wenn sie unterschiedlichen Prozessorkernen zugewiesen werden. Ressourcen wie Speicher, Coprozesvisoren, oder Bus-Schnittstellen stehen pro Chip zur Verfügung und werden von allen Tasks gemeinsam genutzt. Dies führt zu Laufzeit-Konflikten, die fair und möglichst effizient aufgelöst werden müssen. Um eine hinreichende Auslastung zu erzielen, werden Zuweisungsentscheidungen dynamisch zu Laufzeit getroffen. Dies jedoch macht eine Vorhersage des möglichen Zeitverhaltens äußerst schwierig. Um solche Systeme trotzdem in sicherheitskritischen Umgebungen einsetzen zu können, sind neue Methoden nötig. Der Lösungsvorschlag dieser Arbeit ist, die Problemkomplexität durch Aufbrechen in mehrere dedizierte Analyseschritte beherrschbar zu machen: Zunächst wird die Last bestimmt, die ein Task oder ein Prozessor zur Laufzeit auf eine gemeinsam genutzte Ressource verursachen kann. Basierend darauf kann dann die Latenz der Operationen unter Berücksichtigung des Arbitrierungsverfahrens bestimmt werden. Schließlich fließen diese Latenzen in eine erweiterte Antwortzeitanalyse ein. Diese Aufteilung ermöglicht die Analyse solcher Multiprozessorsysteme und hat noch einen weiteren Vorteil: Unterschiedliche Scheduling- und Arbiterierungsverfahren können kombiniert werden, so dass diese und die zugehörigen Analysemodule einzeln optimiert und verfeinert werden können. Um die Analyse der verschiedenen Komponenten auch bei Vorhandensein zyklischer Abhängigkeiten zu ermöglichen, wird in dieser Dissertation ein kompositionaler Ansatz gewählt. Vorhergehende Arbeiten, die sich weitestgehend auf die zeitlichen Eigenschaften Task-aktivierender Ereignisse konzentrierten, werden aufgegriffen und es wird dargelegt, wie eine Menge heterogener Modelparameter und zugehöriger Analysefunktionen miteinander kombiniert werden kann. Zusammengenommen ergibt sich durch die verbesserte Analyse bestehender Metriken und die Bereitstellung neuer Module für Multicore ein flexibles Analyseframework für heutige und zukünftige Multiprozessorsysteme.

Technische Details

• Geräte: PC
• ohne Kopierschutz
• Größe: 2.1MB
• FamilySharing(5)

Produktdetails

• Verlag: Cuvillier Verlag
• Seitenzahl: 216
• Erscheinungstermin: 28. April 2011
• Englisch
• ISBN-13: 9783736937222
• Artikelnr.: 49152051