1 Workshop GrecO 2005 Remy Eskinazi “Uma Metodologia Baseada em Redes de Petri Temporizadas para a geração de Escalonamento Estático em Arquiteturas Dinamicamente Reconfiguráveis”

2 Informações Gerais Equipe –Aluno: Remy Eskinazi –Orientador: Prof. Manoel Eusebio –Linha de Pesquisa: Sistemas Reconfiguráveis –Curso: Doutorado em Ciências da Computação –Equipe: Paulo Sergio (Aluno PhD) Jordana Seixas (Aluna MSc) Halmos Nascimento (Aluno MSc) Stelita Silva (Aluna IC) Pablo Santana (Aluno colaborador)

3 Mercado de Sistemas Embarcados Desafios para Sistemas Embarcados (M. Barr – Netrino Consultants) –Fazer mais (Melhor desempenho); –Custar menos ($/unidade, lote); –Ser trazido ao mercado mais rapidamente (TTM); Praticamente impossível de alcançar estas metas ao mesmo tempo com o uso de métodos de projeto tradicionais (ASICS)

4 Paradigma da computação reconfigurável Microprocessador Uso geral Desempenho relativo (media das aplicações) ASIC Uso específico Excelente desempenho Aumento da Flexibilidade Aumento da Performance FPGAs Flexibilidade Desempenho Custo/unidade

5 Descrição do Problema Sistemas embarcados reconfiguráveis pressupõe a troca de contextos ou tarefas de hardware –IP cores (Núcleos de hardware de finalidade específica) Sistemas reconfiguráveis que apresentam tarefas com forte restrição temporal –Sistemas reconfiguráveis em tempo real –Métodos de escalonamento que atendam as restrições temporais

6 Descrição do Problema Exemplo: –Tarefas em tempo real especificadas em termos de tempo de liberação, tempo de computação, e tempo máximo para computação ( Task = (Rt, Ct, Dt)) –Tarefas: A=(0, 6, 10) B=(2, 2, 4) C=(0, 18, 20)

7 Descrição do Problema Tarefas: A=(0, 6, 10) B=(2, 2, 4) C=(0, 18, 20) CA/B I II I 18 C 68 AB I II 18 C 102 AB Scheduling Estático Scheduling Dinâmico FPGA 4

8 Motivação Utilização de SDRs apresenta-se como uma forte tendência para implementação de Sistemas embarcados; –Densidade funcional em áreas reconfiguráveis –Armazenamento externo de tarefas não ativas Custos decrescentes associado com maior densidade de lógica dos FPGAs; –Xilinx Spartan XL 5 Kgates => US$ 2,49 Utilização de Biblioteca de núcleos de hardware (HW cores) customizados a arquitetura –Reuso com funcionalidade assegurada –Eficiência devido a combinação com a arquitetura

9 Motivação Implementação de sistemas computacionais complexos –Controladores RISC de alta eficiência MicroBlaze, PPC, NiOS, ARM... Memórias, controladores de barramento Carência de metodologias para implementação de SDRs –Ferramentas de implementação próximas ao nível de síntese física –Heterogeneidade das aplicações dificulta a implementação –Carência de metodologias de gerenciamento de troca de contextos (tarefas em hardware)

10 Objetivos Desenvolvimento de uma metodologia para geração de escalonamento estático para sistemas dinamicamente reconfiguráveis (SDRs) –Otimização temporal de execução de tarefas de hardware em tempo real –Representação interna em TPN Desenvolvimento de um framework para desenvolvimento de SDRs –Ferramenta para geração dos modelos das tarefas em TPN Desenvolvimento de uma arquitetura padrão reconfigurável –Conceito de “virtual hardware socket”

11 Resolução do problema 1.Mapeamento das características da aplicação em uma TPN (Timed Petri Net); Número de áreas reconfiguráveis Características individuais das tarefas –T i = {R i, C i, D i } Precedência Deadline da aplicação

12 Resolução do problema 2.Análise estrutural da RdP gerada de forma a se obter: Alcançabilidade de marcação final; Grafo de estados para uma determinada marcação Determinar a seqüência de disparos de transições para obter o menor tempo decorrido para a marcação desejada

13 Resolução do problema – Modelos em TPN Modelo de tarefa Modelo de precedência Modelo da aplicação

14 Fluxo de projeto Aplicação Foco da Tese

15 Fluxo de projeto Aplicação Modelo Tarefas SystemC Modelo Escalonador Modelo Arquitetura Resultados da validação Foco da Tese

16 Resultados obtidos Viabilidade do modelo –Garantia de um número de estados possível de análise Modelamento de aplicação com tarefas de Hardware –Geração de escalonamento de tarefas Geração de modelos de tarefas em SystemC –(Em andamento)

17 Publicações Remy Eskinazi, Paulo Maciel, Manoel Eusebio, Paulo Nascimento, Abel Guilhermino, Carlos Valderrama, “A Timed Petri Net Approach for Pre-Run time Scheduling in Partial and Dynamic Reconfigurable Systems”, The 12th Reconfigurable Architectures Workshop (RAW 2005), Denver Colorado, USA, April ISBN Remy Eskinazi, Paulo Maciel, Manoel Eusebio de Lima, Paulo Sergio Nascimento, Abel Guilhermino, Carlos Valderrama, “A Methodology for Hardware Tasks Scheduling Optimized in Time for Partial and Dynamic Reconfiguration of FPGAs”, International Workshop on Applied Reconfigurable Computing (ARC 2005) - Algarve, Portugal, February , ISBN: X Remy Eskinazi, Manoel E. de Lima, Paulo R. M. Maciel, Carlos A. Valderrama, Abel G. Filho, Paulo S. B. Nascimento, “A Petri-Net Based Pre-Runtime Scheduler for Dynamically Self- Reconfiguration of FPGAs”, Proceedings of the 2005 ACM/SIGDA 13th international symposium on Field-programmable gate arrays, Pages: 262 – 262, Monterey, California, USA February , 2005 ISBN: Remy Eskinazi, Manoel Eusebio de Lima, Paulo Romero Martins Maciel: A Left-Edge Algorithm Approach for Scheduling and Allocation of Hardware Contexts in Dynamically Reconfigurable Architectures, Proceedings of the 2004 ACM/SIGDA 12th international symposium on Field-programmable gate arrays, Pages 259 – 259, Monterey, California, USA February , ISBN: Paulo Sérgio B. Nascimento, Paulo Romero M. Maciel, Manoel E. Lima, Remy Eskinazi, Abel Guilhermino S. Filho, “A Partial Reconfigurable FPGA Implementation for Industrial Controllers Using SFC-Petri Net Description”, Proceedings of the 2005 ACM/SIGDA 13th international symposium on Field-programmable gate arrays, Pages: 262 – 262, Monterey, California, USA February , ISBN:

18 Publicações Paulo Sérgio B. Nascimento, P. R. M. Maciel, M. E. Lima, Remy. Eskinazi, e A.G. da Silva Filho, “A Partial Reconfigurable Architecture for Controllers Based on Petri Nets”, Proceedings of the 17th Symposium on Integrated Circuits and Systems Design (SBCCI) Pernambuco, Brazil September 7-11, 2004). ISBN Remy Eskinazi; Manoel Eusebio de Lima.; MACIEL, P. R.. Introdução ao Estudo de Hardware/Software Co-design com Aplicação em Arquiteturas Dinamicamente Reconfiguráveis, Guarujá. Proceedings - WCETE World Conference on Engineering and Technology Education, 2003 ISBN Remy Eskinazi.; Manoel Eusebio de Lima.; MACIEL, P. R.. A Reconfigurable Architecture for Multi-Context Application. In: International Conference on Engineering and Computer Education - ICECE 2003, Santos/São Vicente. Proceedings - International Conference on Engineering and Computer Education - ICECE ISBN Remy Eskinazi.; Manoel Eusebio de Lima.; MACIEL, P. R.. Uma Metodologia de Reconfigurabilidade Baseada na Plataforma de Prototipação Chameleon. In: Simpósio de Computação reconfigurável, 2001, Minas Gerais. SCR PUC-MG, 2001.

19 Conclusões Uma Metodologia para escalonamento estático em arquitetura dinamicamente reconfigurável é proposta; A Metodologia apresenta como principal característica a otimização temporal da execução das tarefas de hardware em tempo real; A implementação experimental esta correntemente sendo feita em arquitetura Virtex II –Atualmente na fase validação em SystemC Desenvolvimento de um Framework de apoio ao projeto

20 Conclusões Trabalhos futuros –Considera-se um modelo em TPN de forma a otimizar a área estimada das tarefas com as áreas na arquitetura destinadas a reconfiguração Diminuição do efeito de fragmentação interna Diminuição da sobrecarga de reconfiguração –Implementação do modelo do escaonador em uma arquitetura composta por 2 FPGAs Módulo de controle e de configuração