Timing analysis for time-predictable architectures

par Amine Naji

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Albert Henri Cohen.

Le président du jury était Karine Heydemann.

Le jury était composé de Florian Brandner, Mathieu Jan.

Les rapporteurs étaient Isabelle Puaut, Jens Knoop.

  • Titre traduit

    Analyse temporelle pour les architectures prédictibles


  • Résumé

    En raison de la complexité croissante des architectures matérielles, l'analyse temporelle du logiciel temps-réel devient de plus en plus complexe et imprécise. Les architectures prédictibles des ordinateurs ont donc été proposées afin d'assurer un support matériel dédié à analyse temporelle. The but est de fournir des estimations plus précises de pire-temps d'exécution de programmes (WCET), tout en gardant le coût et la compexité de l'analyse minimal. Ces estimations proviennent typiquement d'outils dédiés à l'analyse WCET. L'émergence de ces architectures spécialisées est, toutefois, assez récent. Bien que plusieurs designs d'architectures ont été proposés, des efforts sont encore nécessaires pour évaluer leurs capacités à améliorer les performances pire cas. Pour plusieurs composants matériels prédictibles, l'analyse temporelle est manquante ou partiellement supportée. En conséquence, les architectures prédictibles sont à peine supportées dans les outils d’analyse WCET existants. Dans cette thèse, nous nous intéressons au processeur prédictible Patmos. Le support existant autour de la plateforme permet une exploration effective des techniques d'optimisation pour les performances pire cas. Les principales contributions comprennent: (1) Une gestion des prédicats dans le flux d'anayse WCET, (2) Une comparaison de la précision des analyses d'occupancy pour le stack cache, (3) Une analyse des coûts de préemption pour le stack cache, (4) Des mécanismes de préemption pour le stack cache, et (5) Des techniques de prefetching pour le stack cache. En outre, nous présentons Odyssey -- notre outil d'analyse WCET pour le processeur Patmos.


  • Résumé

    With the rising complexity of the underlying computer hardware, the analysis of the timing behavior of real-time software is becoming more and more complex and imprecise. Time-predictable computer architectures thus have been proposed to provide hardware support for timing analysis. The goal is to deliver tighter worst-case execution time (WCET) estimates while keeping the analysis overhead minimal. These estimates are typically provided by standalone WCET analysis tools. The emergence of time-predictable architectures is, however, quite recent. While several designs have been introduced, efforts are still needed to assess their effectiveness in actually enhancing the worst-case performance. For many time-predictable hardware, timing analysis is either non-existing or lacking proper support. Consequently, time-predictable architectures are barely supported in existing WCET analysis tools. The general contribution of this thesis is to help filling this gap and turning some opportunities into concrete advantages. For this, we take interest in the Patmos processor. The already existing support around Patmos allows for an effective exploration of techniques to enhance the worst-case performance. Main contributions include: (1) Handling of predicated execution in timing analysis, (2) Comparison of the precision of stack cache occupancy analyses, (3) Analysis of preemption costs for the stack cache, (4) Preemption mechanisms for the stack cache, and (5) Prefetching-like technique for the stack cache. In addition, we present our WCET analysis tool Odyssey, which implements timing analyses for Patmos.


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