HC-MPSOC: plataforma do tipo cluster para sistemas embarcados

Abstract

Multiprocessor System-on-Chip (MPSoC) can be found in virtually all market branches and the design of such systems typically has several restrictions such as chip area used, which hampers. State-of-art MPSoCs uses networks-on-chip as the primary means of communication, and the trend is that systems based on networks intrachip continue to be used for a long time, thanks to greater flexibility in their design and also a high capacity communication. However, such systems also have certain restrictions on its use, such as the location of the tasks that compose it. Mapping and partitioning techiniques seek to solve these problem, or at least decrease it to a non critical point, but are not always successful in this job. In this context, cluster-based architectures emerges as a viable alternative to MPSoCs. Such systems typically have a hybrid architecture in its constitution, using more than one communication medium, thus being able to group elements by questions of "affinity" and still using high-speed communication medias, such as networks-on-chip. Thus, this work introduces the HC-MPSoC, an architecture for cluster-based intrachip systems, which uses buses and networks-on-chip in a joint way, forming groups of elements independently distributed throughout the system. The HellfireOS is also presented, a real time operating system adapted to run on the platform, counting with a full set of drivers throughout a high-level API. All HC-MPSoC modules as well as the HellfireOS modules, and the results obtained using the platform are presented along the text.

Sistemas intrachip multiprocessados (MPSoCs) podem ser encontrados em praticamente todos os ramos do mercado e o projeto desses sistemas normalmente apresenta diversas restrições, como por exemplo área do chip utilizada, o que o dificulta. MPSoCs do estado da arte utilizam redes intrachip como meio de comunicação principal, e a tendência é que sistemas baseados em redes intrachip continuem a ser utilizados por um longo tempo, graças a uma maior flexibilidade em seu projeto e também uma alta capacidade de comunicação. Porém, tais sistemas ainda apresentam certas restrições em seu uso, como por exemplo a localização das tarefas que o compõem. Técnicas de mapeamento e particionamento de tarefas de uma aplicação buscam solucionar tais problemas, ou ao menos diminui-los a um ponto não crítico, mas nem sempre são bem sucedidos. Neste contexto, arquiteturas do tipo cluster surgem como uma alternativa viável para MPSoCs, normalmente apresentando uma arquitetura híbrida em sua constituição, utilizando mais de um meio de comunicação, podendo assim agrupar elementos por questões de "afinidade" e ainda assim utilizando meios de comunicação com grande paralelismo, como redes intrachip. Desta maneira, este trabalho introduz o HC-MPSoC, uma arquitetura clusterizada para sistemas intrachip, que utiliza redes intrachip e barramentos de uma maneira conjunta, formando grupos de elementos distribuídos de forma independente por todo sistema. É apresentando ainda, o HellfireOS, sistema operacional de tempo real adaptado para executar sobre a arquitetura, com drivers disponibilizados para uso. Todos os módulos do HC-MPSoC, assim como do HellfireOS, e os resultados obtidos utilizando a arquitetura, são apresentados no decorrer do texto.