Architecture reconfigurable dynamiquement a grain fin pour le support d'un système d'exploitation temps réel

par Samuel Garcia

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Bertrand Granado.

Soutenue en 2012

à Paris 6 .


  • Résumé

    Most of anticipated future applications share four major characteristics. They might all require an increased computing capacity, they will implies to take real time into account, they represent a big step in terms of complexity compared with todays typical applications, and will have to deal with the dynamic nature of the real physical world. Fine grained dynamically reconfigurable architecture (FGDRA) can be seen as next evolution of today's FPGA, aiming at dealing with very dynamic and complex real time applications while providing comparable potential computing power due to the possibility to fine tune execution architecture at a fine grain level. To make this kind of devices usable for real application designer complexity has to be abstracted by an operating system layer and adequate tool set. This combination would form an adequate solution to support future applications. This thesis exposes an innovative FGDRA architecture called OLLAF. This architecture answer both technical issues on reconfigurable computing and practical problematics of application designers. The whole architecture is designed to work in symbiosis with an operating system. Studies presented here will more particularly focus on hardware task management mechanisms in a preemptive system. We will first present our work toward trying to implement such mechanisms using existing FPGA and show that those existing architectures have to evolve to efficiently support an operating system in a highly dynamic real time situation. The OLLAF architecture will then be explained and the hardware task management mechanism will be highlighted. We then present two studies that prove this approach to constitute a huge gain compared with existing platforms in terms of resulting operating system overhead even for static application cases where dynamical reconfiguration is used only for computing resource sharing. For highly dynamical real time cases we show that not only it could lower the overhead, but it will also support cases that existing devices just cannot support


  • Résumé

    Les applications pressenties dans le futur partagent quatre caractéristiques majeures. Elles nécessitent une capacité de calcul accrue, nécessitent la prise en compte du temps réel, représentent un pas important en terme de complexité en comparaison avec les applications d'aujourd'hui, et devront être capables de supporter la nature dynamique du monde réel. Une architecture reconfigurable dynamiquement à grain fin (FGDRA) peut être vue comme une nouvelle évolution des FPGA d'aujourd'hui, visant à supporter des applications temps réel à la fois complexes et fortement dynamiques, tout en fournissant une puissance de calcul potentielle comparable due à la possibilité d'optimiser l'architecture applicative à un niveau de granularité très fin. Pour rendre ce type d'architecture utilisable pour les développeurs applicatifs, la complexité doit être abstraite par le biais d'un système d'exploitation et d'une suite d'outils adéquats. Cette combinaison formera une bonne solution pour supporter les applications du futur. Cette thèse présente une architecture de FGDRA innovante appelée OLLAF. Cette architecture répond à la fois aux aspect techniques liés à la reconfiguration dynamique, et aux problèmes pratiques des développeurs applicatifs. L'ensemble de l'architecture est conçue pour fonctionner en symbiose avec un système d'exploitation. Les études présentées sont plus particulièrement axées sur les mécanismes de gestion des tâches matérielles dans un système préemptif. Nous présentons d'abord nos travaux essayant d'implémenter de tels mécanismes en utilisant des FPGA existant et montrons que ces architectures existantes doivent évoluer pour pouvoir supporter efficacement un système d'exploitation dans un contexte temps réel hautement dynamique. L'architecture OLLAF est expliquée en mettant l'accent sur les mécanismes de gestion des tâches matérielles. Nous présentons ensuite deux études qui prouvent que cette approche constitue un gain important en comparaison avec les plates-formes existantes en terme d'overhead du au système d'exploitation et ce même dans des cas où la reconfiguration dynamique n'est utilisée que pour le partage de la ressource de calcul. Pour les cas temps réel fortement dynamiques, nous avons montré que non seulement cela permet de diminuer l'overhead, mais l'architecture OLLAF permet également de supporter des cas qui ne peuvent pas être envisagés avec les composants actuels.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (121 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. [113]-121. 125 réf. bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie . Section Mathématiques-Informatique Recherche.
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  • Cote : T Paris 6 2012 495
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