[論文レビュー] High Level Hardware/Software Embedded System Design with Redsharc

Sam Skalicky, Andrew G. Schmidt+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 20, 2014

Embedded Systems Design Techniques参考文献 21被引用数 3

ひとこと要約

本論文では、マルチプロセッサシステムオンチップ（MPSoC）における統合的ハードウェア/ソフトウェア共同設計を可能にするハイレベルなフレームワーク、Redsharcを提示する。このフレームワークは、一貫したAPI、ビルドインfra、ランタイム環境を通じて、ソフトウェアとハードウェアのカーネルをシームレスに統合することを可能にする。本研究は、既存の研究を拡張し、多様なデバイスにわたる広範なアプリケーションクラスをサポートすることで、システム開発のオーバーヘッドを低減し、開発者がカーネル論理に集中できるようにするとともに、コンパイル、合成、実行オchestrationの自動化を実現する。

ABSTRACT

As tools for designing multiple processor systems-on-chips (MPSoCs) continue to evolve to meet the demands of developers, there exist systematic gaps that must be bridged to provide a more cohesive hardware/software development environment. We present Redsharc to address these problems and enable: system generation, software/hardware compilation and synthesis, run-time control and execution of MPSoCs. The efforts presented in this paper extend our previous work to provide a rich API, build infrastructure, and runtime enabling developers to design a system of simultaneously executing kernels in software or hardware, that communicate seamlessly. In this work we take Redsharc further to support a broader class of applications across a larger number of devices requiring a more unified system development environment and build infrastructure. To accomplish this we leverage existing tools and extend Redsharc with build and control infrastructure to relieve the burden of system development allowing software programmers to focus their efforts on application and kernel development.

研究の動機と目的

• シームレスなハードウェア/ソフトウェア統合を阻害する既存のMPSoC開発ツールにおける体系的ギャップを埋めること。
• 組み込みシステムにおける混合ハードウェア/ソフトウェアカーネルの設計、コンパイル、実行のための一貫した環境の欠如に応えること。
• 異種デバイス向けに自動ビルドおよび制御インfraを備えた統合的システム開発環境を提供すること。
• ソフトウェア開発者が低レベルのシステム設定や統合作業に煩わされず、アプリケーション論理に集中できるようにすること。

提案手法

• 既存のEDAおよびFPGAツールを活用し、システム生成のための堅牢なビルドインフラをRedsharcに拡張すること。
• 低レベルのハードウェア詳細を抽象化し、カーネルおよびシステムコンponentsのハイレベルな記述を可能にする包括的なAPIを実装すること。
• 高レベル記述からハードウェアおよびソフトウェアの成果物を自動的に生成するコンパイルおよび合成パイプラインを統合すること。
• 統合されたランタイム環境を通じて、同時に実行されるソフトウェアおよびハードウェアカーネルのランタイム制御と実行をサポートすること。
• Redsharcの機能を拡張し、複数のデバイスタイプにわたるより広範なアプリケーションクラスをサポートすること。
• モジュラで拡張可能なアーキテクチャを採用し、既存のツールチェインと統合することで、カスタムツール開発への依存を低減すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハイレベルなフレームワークは、MPSoCにおけるハードウェアおよびソフトウェアカーネルの共同設計をどのように簡素化できるか？
• RQ2 システム生成、コンパイル、ランタイム実行を統合するために必要なアーキテクチャ的およびインfraストラクチャ的要素は何か？
• RQ3 既存のツールをどのように活用することで、組み込みシステムにおけるシステムレベル統合の負担を軽減できるか？
• RQ4 統合された環境は、異種組み込みシステム開発における開発生産性をどの程度向上できるか？
• RQ5 ソフトウェアおよびハードウェアカーネル間のシームレスな通信と実行を実現するにあたり、主な課題は何か？

主な発見

• Redsharcは、単一の統合開発環境内で混合ハードウェア/ソフトウェアカーネルの設計および実行を成功裏に実現した。
• フレームワークは、ビルド、コンパイル、合成プロセスの自動化により、システム開発のオーバーヘッドを低減した。
• ランタイム支援により、同時に実行されるソフトウェアおよびハードウェアカーネルのシームレスな実行と調整が可能になった。
• Redsharcの拡張により、多様なデバイスにわたるより広範なアプリケーションクラスがサポートされ、適用範囲が拡大した。
• 既存ツールをRedsharcスタックに統合することで、カスタムツール開発の必要性が最小限に抑えられ、展開が加速した。
• 本アプローチにより、ソフトウェア開発者が低レベルのシステム設定や統合作業に煩わされず、アルゴリズム論理に集中できるようになった。