Research on virtualisation technlogy for real-time reconfigurable systems

par Tian Xia

Thèse de doctorat en Electronique et Télécommunications

Sous la direction de Fabienne Uzel-Nouvel.

Le président du jury était François Verdier.

Le jury était composé de François Verdier, Emmanuel Grolleau, Guy Gogniat, Jean-Christophe Prévotet, Jean-Luc Béchennec.

Les rapporteurs étaient Emmanuel Grolleau, Guy Gogniat.

  • Titre traduit

    Étude des techniques de virtualisation pour des systèmes temps-réel et reconfigurables dynamiquement


  • Résumé

    Cette thèse porte sur l'élaboration d'un micro-noyau original de type hyperviseur, appelé Ker-ONE, permettant de gérer la virtualisation pour des systèmes embarqués sur des plateformes de type SoC et fournissant un environnement pour les machines virtuelles en temps réel. Nous avons simplifié l'architecture du micro-noyau en ne gardant que les caractéristiques essentielles requises pour la virtualisation, et fortement réduit la complexité de la conception du noyau. Sur cette base, nous avons mis en place un mécanisme capable de gérer des ressources reconfigurables dans un système supportant des machines virtuelles. Les accélérateurs matériels reconfigurables sont mappés en tant que dispositifs classiques dans chaque machine. Grâce à une gestion efficace de la mémoire dédiée, nous détectons automatiquement le besoins de ressources et permettons une allocation dynamique des ressources sur FPGA. Suite à diverses expériences et évaluations sur la plateforme Zynq-7000, combinant ARM et ressources FPGA, nous avons montré que Ker-ONE ne dégrade que très peu les performances en termes de temps d'exécution. Les surcoûts engendrés peuvent généralement être ignorés dans les applications réelles. Nous avons également étudié l'ordonnançabilité temps réel dans les machines virtuelles. Les résultats montrent que le respect de l'échéance des tâches temps réel est garanti. Nous avons également démontré que le noyau proposé est capable d'allouer des accélérateurs matériels très rapidement.


  • Résumé

    This thesis describes an original micro-kernel that manages virtualization and that provides an environment for real-time virtual machines. We have simplified the micro-kernel architecture by only keeping critical features required for virtualization, and massively reduced the kernel design complexity. Based on this micro-kernel, we have introduced a framework capable of DPR resource management in a virtual machine system. DPR accelerators are mapped as ordinary devices in each VM. Through dedicated memory management, our framework automatically detects the request for DPR resources and allocates them dynamically. According to various experiments and evaluations on the Zynq-7000 platform we have shown that Ker-ONE causes very low virtualization overheads, which can generally be ignored in real applications. We have also studied the real-time schedulability in virtual machines. The results show that RTOS tasks are guaranteed to be scheduled while meeting their intra-VM timing constraints. We have also demonstrated that the proposed framework is capable of virtual machine DPR allocation with low overhead.


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