Introdução Objetivos Como Biblioteca de SW

Apresentação em tema: "Introdução Objetivos Como Biblioteca de SW"— Transcrição da apresentação:

0 Caracterização de uma Biblioteca de Software para Sistemas Embarcados
Júlio Carlos Balzano de Mattos Disciplina de Sistemas Embarcados Profs. Flavio Wagner e Luigi Carro Programa de Pós-Graduação em Computação Instituto de Informática Universidade Federal do Rio Grande do Sul Porto Alegre - RS - Brasil

1 Introdução Objetivos Como Biblioteca de SW
Pesquisar formas de desenvolvimento de software embarcado que permitam ao projetista, em alto nível, associar no momento do desenvolvimento do software compromissos como área de memória, desempenho, potência, etc. Como Através da caracterização de uma biblioteca de software Biblioteca de SW Composta de um conjunto de algoritmos (utilizados em diferentes domínios de aplicação) determinar mais de uma forma de solução para o mesmo problema Itens avaliados: tamanho de memória (programa e dados), desempenho e potência

2 Introdução Algoritmos selecionados Ferramentas utilizadas
Cálculo do Seno Algoritmos de Ordenação Busca em Tabela Raiz Quadrada Ferramentas utilizadas Sashimi Simulador FemtoJava (CAD – Caco Aided Design)

3 Cálculo do Seno Estratégias Por Tabela Busca em Tabela
Algortimo CORDIC Por Tabela Os valores do Senos são calculados previamente e armazenados em uma tabela static int[] tabelaSenos = { 0, /* sin 0 */ ... 23170, /* sin 45 = 0,7071 */ /* sin 90 = 1 */ }; /* tabela dos senos */

4 Cálculo do Seno Por Tabela
Para determinar o seno de um ângulo deve apenas realizar uma busca na tabela public static int senoTab(int grau) { seno = tabelaSenos[grau]; return seno; }

5 Cálculo do Seno Por CORDIC
Algoritmo CORDIC (Coordinate Rotation Digital Computer) Algoritmo iterativo simples para calcular funções trigonométricas public static void algoritmoCordic(int grau) { ... while (count < 12) { if (v >= 0) { x = x - y0; y = y + x0; v = v - atansTable[indiceAtans]; indiceAtans++; } else { x = x + y0; y = y - x0; v = v + atansTable[indiceAtans]; indiceAtans++; } count++; x0 = x; x0 = x0 >> count; y0 = y; y0 = y0 >> count;

6 Cálculo do Seno Resultados App Prg Mem (bytes) Data Mem (Bytes) 
Instr Perfor. (Cycles) Power (CGs) Seno Cordic 206 184 28 2446 Seno Tab (1) 88 220 8 136 Seno Tab (0,5) 89 400 8 136 Seno Tab (0,1) 89 1840 8 136 App Power ROM Power RAM Power CPU Power TOTAL Seno Cordic Seno Tab 8.970 9.200

7 Cálculo do Seno Conclusões
Cálculo por Tabela é excelente para pequenas resoluções (desempenho, potência e área de memória) Problema: com a necessidade de aumento da resolução ocorre o aumento da tabela (maior necessidade de memória) Cálculo pelo CORDIC: possui desempenho bem pior que o cálculo por tabela, porém com o aumento da resolução os parâmetros (desempenho, potência e área de memória) não se alteram Bons para exploração do espaço de projeto

8 Pesquisa em Tabela Estratégias
Pesquisa seqüencial em tabela não ordenada Método simples e intuitivo Pesquisa seqüencial em tabela ordenada Pesquisa Binária Método aplica a tabelas ordenadas que consiste na comparação do argumento de pesquisa com a chave de entrada localizada no endereço médio da tabela Hashing Método de cálculo de endereço

9 Pesquisa em Tabela Pesquisa Seqüencial em tabela não ordenada
Realiza uma busca “burra”, porém o processo de inserção é facilitado Busca é realizada através de um laço (for): public static int busca(int arg) { int i, n, e; n = tamTAB; e = 0; for (i=0; i<=n-1; i++) { if (tabela[i] == arg) { e = i; } return e;

10 Pesquisa em Tabela Pesquisa Seqüencial em tabela não ordenada
Para um novo elemento deve-se inclui-lo no final da tabela public static int insere(int arg) { int dev; if (ultimoElemento < tamTAB) { // insere tabela[ultimoElemento] = arg; ultimoElemento++; dev = 0; } else { // tabela cheia dev = 1; return dev;

11 Pesquisa em Tabela Pesquisa Seqüencial em tabela ordenada
Busca é realizada através de um laço (while): public static int busca(int arg) { int i, n, e; n = tamTAB-1; e = 0; i = 0; while ((tabela[i] < arg) && (i < n)) { i++; } if (tabela[i] == arg) { e = i; return e;

12 Pesquisa em Tabela Pesquisa Seqüencial em tabela ordenada
Um novo elemento deve ser inserido na posição correta da tabela public static int insere(int arg) { int dev, n, i, temp, temp2; n = tamTAB-1; i = 0; if (ultimoElemento < tamTAB) { while ((tabela[i] < arg) && (i < n)) { i++; } temp2 = arg; while (i < n) { temp = tabela[i]; tabela[i] = temp2; temp2 = temp; ultimoElemento++; ...

13 Pesquisa em Tabela Pesquisa Binária
Busca é relativamente simples e rápida public static int busca(int arg) { int i, n, e, inf, sup, med; ... while ((inf <= sup) && (e==0)) { med = (inf + sup) >> 1; // (inf + sup) DIV 2 if (arg == tabela[med]) { e = med; } else { if (arg > tabela[med]) { inf = med + 1; } else { sup = med - 1; return e;

14 Pesquisa em Tabela Pesquisa Binária
A inserção é mais lenta pois deve-se inserir o elemento na posição correta e depois reordenar os demais elementos public static int insere(int arg) { int i, n, e, inf, sup, med; ... if (ultimoElemento < tamTAB) { while ((inf <= sup) && (e==0)) { med = (inf + sup) >> 1; // (inf + sup) DIV 2 if (arg > tabela[med]) { inf = med + 1; } else { sup = med - 1; while (i < tamTAB-1) { temp = tabela[i]; tabela[i] = temp2; temp2 = temp; i++;

15 Pesquisa em Tabela Hashing Função de cálculo de endereço (simples):
f(C)=(C mod N)+1, onde C é a chave e N é o número de entradas da tabela Problema: Colisões Sem o tratamento de colisões o método é excelente ! Tratamento de Colisões: uso de endereçamento aberto com busca linear

16 Pesquisa em Tabela Hashing
Busca com tratamento de colisões: maior complexidade no código e aumento na memória de dados (tabelas auxiliares: ocupado e usado) public static int busca(int arg) { ... do { if (tabUsado[endl] == 1) { if ((tabOcupado[endl] == 1) && (tabela[endl] == arg)) { e = endl; } else { if (endl == n) { endl = 1; endl++; }

17 Pesquisa em Tabela Hashing
Inserção com tratamento de colisões: também maior complexidade no código e maior memória de dados public static int insere(int arg) { ... do { if (tabUsado[endl] == 1) { if (tabOcupado[endl] == 1) { if (tabela[endl] == arg) { e = endl; } else { endl++; } if (marca == 0) { marca = endl;

18 Pesquisa em Tabela Resultados (32 entradas)
OBS: Valores médios de desempenho, área e potência. App Seq. 1 Seq. 2 Binary Hashing Prg. Mem. (bytes) 140 201 302 278  Instructions 24 26 28 29 Data Mem. (bytes) Search 171 168 114 248 Insert 108 240 184 254 Perfom. (cycles) Search 1.121 1.128 602 437 Insert 200 2.629 2.430 487 Power (CGs) Search Insert

19 Pesquisa em Tabela Resultados para Hashing (32 entradas) trabalhando com Strings Utilizando o código ASCII com compressão de chave alfanumérica agrupando de 2 em 2 bytes Ex: BRASIL BR AS XOR IL = f(C)=(C mod N)+1 = (16978 mod 32)+1 = 14

20 Pesquisa em Tabela Resultados para Hashing (32 entradas) trabalhando com Strings App Hashing Hashing c/ String Prg. Mem. (bytes) 278 371  Instructions 29 37 Data Mem. (bytes) Search 248 272 Insert 254 272 Perfom. (cycles) Search 437 607 Insert 487 657 Power (CGs) Search Insert

21 Pesquisa em Tabela Resultados (128 entradas)
OBS: Valores médios de desempenho, área e potência. App Seq. 1 Seq. 2 Binary Hashing Prg. Mem. (bytes) 140 201 302 278  Instructions 24 26 28 29 Data Mem. (bytes) Search 555 552 306 855 Insert 300 816 548 862 Perfom. (cycles) Search 3.905 3.912 770 437 Insert 200 9.937 7.657 487 Power (CGs) Search Insert

22 Algoritmos de Ordenação
Estratégias Bubble Sort Insert Sort Select Sort Quick Sort Resultados Esperados Associados com a complexidade de cada algoritmo

23 Algoritmos de Ordenação
Bubble Sort public static int[] sort(int[] estrut, int maxnos) { int i,j; int temp; for (i=0; i<maxnos-1; i++) { for (j=maxnos-1; j>i; j--) { if (estrut[j]<estrut[j-1]) { temp=estrut[j]; estrut[j]=estrut[j-1]; estrut[j-1]=temp; } return estrut;

24 Algoritmos de Ordenação
Insert Sort public static int[] sort(int[] estrut, int maxnos) { int i,j; int temp; for (i=1; i<maxnos;i++) { j=i; while (estrut[j]<estrut[j-1] && j!=1) { temp=estrut[j]; estrut[j]=estrut[j-1]; estrut[j-1]=temp; j--; } return estrut;

25 Algoritmos de Ordenação
Select Sort public static int[] sort(int[] estrut, int maxnos) { int i,j; int temp, menor; for (i=1;i<maxnos;i++) { menor=i-1; j=i; while (j<maxnos) { if (estrut[menor]>estrut[j]) { menor=j; } j++; temp=estrut[i-1]; estrut[i-1]=estrut[menor]; estrut[menor]=temp; return estrut;

26 Algoritmos de Ordenação
Quick Sort public static int[] sort(int l, int r) { ... i = l; j = r; temp = (l+r) >> 1; // (l+r) DIV 2 x = estrut[temp]; do { while (estrut[i] < x) { i++; } while (x < estrut[j]) { j--;} if (i <= j) { y = estrut[i]; estrut[i] = estrut[j]; estrut[j] = y; i++; j--; } } while (i <= j); if (l < j) { sort(l, j); } if (i < r) { sort(i, r); } return estrut;

27 Algoritmos de Ordenação
Resultados (10 elementos) App Prg Mem (bytes) Data Mem (Bytes)  Instr Perfor. (Cycles) Power (CGs) Sort Bubble 132 278 20 6774 Sort Insert 129 98 20 4093 Sort Select 138 98 22 5335 Sort Quick 173 140 23 3940

28 Algoritmos de Ordenação
Resultados (100 elementos) App Prg Mem (bytes) Data Mem (Bytes)  Instr Perfor. (Cycles) Power (CGs) Sort Bubble 132 20.434 20 Sort Insert 129 638 20 Sort Select 138 638 22 Sort Quick 173 336 23 72.186

29 Raiz Quadrada Utiliza dois Métodos propostos por Ramamoorthy
Dois métodos muito similares O desempenho está relacionado a rapidez da convergência das funções Resultados: App Prg Mem (bytes) Data Mem (Bytes)  Instr Perfor. (Cycles) Power (CGs) Square 1 100 82 22 5335 Square 2 121 82 24 5335

30 Conclusões Cálculo do Seno Pesquisa em Tabela Algoritmos de Ordenação
Permite uma boa exploração do espaço de projeto Pesquisa em Tabela O melhor algoritmos dependerá muito da aplicação, mas também pode-se explorar o espaço de projeto Algoritmos de Ordenação Não permitem explorar o espaço de projeto (contra-exemplo) Raiz Quadrada Dados muitos incipientes

31 Trabalhos Futuros Expandir a biblioteca com outros algoritmos
Algoritmos aritméticos Algortimos maiores (DCT, etc...) Avaliar o impacto dos algoritmos em problemas maiores Algortimos de Huffman MP3 Player etc ...