Modelisation des RTOS - Modélisation des RTOS

Modélisation des R T O S
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Yang JING
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Ghizlane LHAIRECH
[email protected]
[email protected]
Master M.A.R.S.
Université Bretagne Sud
Laboratoire d’Électronique des Systèmes TEmps Réel
Modélisation des RTOS
Plan
• Introduction
• Problématique
• Pourquoi une modélisation de RTOS ?
»
»
»
Modélisation à haut niveau
CoDesign (partitionnement Hardware / Software)
Analyse en consommation / Performance
• Comparaison des différentes approches
»
»
»
1ère approche
2ème approche
3ème approche
• Conclusion
• Perspectives
• Références
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Y. JING & G.LHAIRECH – 17/01/2007
Modélisation des RTOS
Introduction
• Les systèmes temps réel embarqués sont
présents dans de nombreux domaines.
• Destinés à des produits grand public
• Dans un seul système : de plus en plus de fonctionnalités et
d’hétérogénéité
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Modélisation des RTOS
Introduction
Les systèmes embarqués possèdent des contraintes
particulières :
» L’encombrement : transport, taille réduite
» La consommation : transport, énergie limitée (batteries, piles).
» Le temps : applications contraintes en temps.
» La sécurité : domaines critiques ( aéronautique)
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Modélisation des RTOS
Problématique
• Complexité implique l’utilisation d’un système d’exploitation
temps réel (ou RTOS pour Real Time Operating System)
• Un RTOS permet de faire :
» L’ordonnancement : partage des ressources disponibles.
» La communication : entre taches ou application /environnement
• Un modèle : pourquoi faire ?
» Quels besoins ?
» Quelle approche ?
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Modélisation des RTOS
Pourquoi une modélisation de RTOS ?
• Les modèles servent à réaliser le flot de
conception
• Utilisation d’un OS en embarqué
» Contraintes de consommation
» Contraintes de performances
» Contraintes de temps
Nécessité d’avoir un modèle de RTOS
Source ITRS 2005
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Modélisation des RTOS
Pourquoi une modélisation de RTOS ?
Modélisation à haut niveau
s,mn
System
Algorithm
» Réduire le temps des tests; de simulation
» D’où un modèle à haut niveau d’OS
» Gain en temps implique gain en coût de production
Architecture
Logic
Simulation Time
Le temps de conception doit diminuer
Technologic
h,days
Besoin d’outils de CAO (ou de synthèse à haut niveau) adaptés
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Modélisation des RTOS
Pourquoi une modélisation de RTOS ?
Co-design
• Les concepteurs sont souvent amenés à choisir l’implémentation qui
répond le mieux aux contraintes
» Nécessité d’évaluer plusieurs solutions
» Y compris l’implémentation du RTOS
Spécification
TLM
Mesures
estimations
RTOS TLM
Raffinement
RTOS HW
Ceci peut se traduire sur le flot de conception
Partitionnement HW / SW
HW
SW
Prototypage
matériel
Compilation
logicielle
RTOS SW
Système final
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Modélisation des RTOS
Pourquoi une modélisation de RTOS ?
Analyse en consommation / performances
• La tendance est de faire des estimations à haut niveau de plus en
plus précises
Source ITRS 2005
» Intégrer la consommation comme critère de conception de haut niveau
» Il faut un modèle de RTOS capable de faire des analyses
(performances, énergie..)
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Modélisation des RTOS
Comparaison des différentes approches
• Un RTOS est considéré comme une couche intermédiaire entre une
application est les différentes ressources
Application
RTOS
Heterogeneous
ressources
• Cette couche d’abstraction peut avoir différents degrés de granularité
Ce qui conduit à différentes approches
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Modélisation des RTOS
Comparaison des différentes approches
1ère approche
• Une approche gros grain
• Seule la fonctionnalité est modélisée
• Utilisation des langages de programmation haut niveau
Communication et
synchronisation des
taches
Gestion du
temps
Sémaphores,
partage mémoires,
événements …
RTOS Entity
Supervision
des I/O
Gestion de la
mémoire
Gestion des
taches
Pilotes…
Idle
Execute
Ready
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Modélisation des RTOS
Comparaison des différentes approches
2ème approche
• Niveau instruction
• Modéliser une instruction (un appel système) à travers son exécution
• Utilisation d’un simulateur de type ISS (Instruction Set Simulator)
Les appels systèmes
et ce qu’ils induisent
Une boucle infinie avec
l’instruction à l’intérieur
Un modèle mathématique
Source article [8]
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Modélisation des RTOS
Comparaison des différentes approches
3ème approche
• Niveau RTL
• La cible matérielle est connue
» Ex. Mooney (Univ de Georgia )
Source article [6]
Avec cette implémentation, SpeedUp de 19% (pour une application contenant 30 taches)
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Modélisation des RTOS
Conclusion
Le choix se fait en fonction du :
» Besoin du flot de conception
» Type de service fourni
» Degré de précision du modèle
La gestion de la mémoire est souvent absente dans les modèles
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Modélisation des RTOS
Perspectives
• Estimation de consommation d'un RTOS sur coeur de processeur
MicroBlaze sur FPGA
• Environnement Xilinx
• RTOS utilisé : µCos
Le but sera d’évaluer l’overhead en énergie de
µCos et de déterminer les application types
permettant de faire des estimations pertinentes
• Ces travaux s’inscrivent dans le cadre du projet européen ITEA
SPICES
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Modélisation des RTOS
Références (Modèles)
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
F. Hessel, V. da Rosa, I. Reis, C. Marcon, and A. Susin. “Abstract RTOS Modeling
for Embedded Systems”.
Andreas Gerstlauer, Haobo Yu, and Daniel D. Gajski. “RTOS Modeling for System
Level Design”.
Z. He, A. Mok, and C. Peng. “Timed RTOS Modeling for Embedded System
Design”,
Haobo Yu, Andreas Gerstlauer and Daniel Gajski. “RTOS Scheduling in
Transaction Level Models”.
J.Mooney III, V. and M.Blough, D. “A Hardware-Software Real-Time Operating
System Framework for SoCs”.
J. Lee, V. J. Mooney III, K. Ingstrom, A. Daleby, T. Klevin, and L. Lindh. “A
Comparison of the RTU Hardware RTOS with a Hardware/Software RTOS”.
K. Baynes, C. Collins, E. Fiterman, B. Ganesh, P. Kohout, C. Smit, T. Zhang and B.
Jacob. “The Performance and Energy Consumption of Embedded Real-Time
Operating Systems”.
T. K. Tan, A. Raghunathan and N. Jha. “Embedded Operating System Energy
Analysis and Macro-modeling”.
Y. Jing, G. Lhairech, « RTOS Modeling : A survey »
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Y. JING & G.LHAIRECH – 17/01/2007
Yang JING
Ghizlane LHAIRECH
Master M.A.R.S.
Université Bretagne Sud
Laboratoire d’Électronique des Systèmes TEmps Réel
Modélisation des R T O
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Merci pour votre attention
Site Web : http//rtos.modeling.free.fr/
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