Analyse du temps d'exécution pire-cas de tâches temps-réel exécutées sur une architecture multi-coeurs

Worst-case execution time analysis of real-time tasks executed on a multicolore architecture

• Auteur / Autrice : Roman Bourgade
• Direction : Pascal Sainrat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microprocesseurs multi-coeurs

Systèmes embarqués (informatique)

Architecture des ordinateurs

Mots clés libres

Temps-réel

Architecture des ordinateurs

Multi-cœurs

Embarqué

Bus

Temps d'exécution

Optimisation

Analyse statique

Résumé

Les défaillances des applications embarquées dans les systèmes temps-réel strict peuvent avoir des conséquences graves (catastrophes industrielles, mise en danger de vies humaines). La vérification des contraintes temporelles d'un système temps-réel strict dépend de la connaissance du temps d'exécution pire-cas des tâches constituant l'application embarquée. L'utilisation de processeurs multi-cœurs est l'un des moyens actuellement mis en œuvre afin d'améliorer le niveau de performances des systèmes embarqués. Cependant, la détermination du temps d'exécution pire-cas d'une tâche sur ce type d'architecture est rendue difficile par le partage de certaines ressources par les cœurs, et notamment le bus d'interconnexion permettant l'accès à la mémoire centrale. Ce document propose un nouveau mécanisme d'arbitrage de bus à deux niveaux permettant d'améliorer les performances des ensembles de tâches exécutés tout en garantissant le respect des contraintes temporelles. Les méthodes décrites permettent d'établir un niveau de priorité d'accès au bus optimal pour chacune des tâches exécutées. Elles permettent également de trouver une allocation optimale des tâches aux cœurs lorsqu'il y a plus de tâches à exécuter que de cœurs disponibles. Les résultats expérimentaux montrent une diminution significative des estimations de temps d'exécution pire-cas et de l'utilisation du processeur.

Software failures in hard real-time systems may have hazardous effects (industrial disasters, human lives endangering). The verification of timing constraints in a hard real-time system depends on the knowledge of the worst-case execution times (WCET) of the tasks accounting for the embedded program. Using multicore processors is a mean to improve embedded systems performances. However, determining worst-case execution times estimates on these architectures is made difficult by the sharing of some resources among cores, especially the interconnection bus that enables accesses to the shared memory. This document proposes a two-level arbitration scheme that makes it possible to improve executed tasks performances while complying with timing constraints. Described methods assess an optimal bus access priority level to each of the tasks. They also allow to find an optimal allocation of tasks to cores when tasks to execute are more numerous than available cores. Experimental results show a meaningful drop in worst-case execution times estimates and processor utilization.