[논문 리뷰] Benchmarking, System Design and Case-studies for Multi-core based Embedded Automotive Systems

Piotr Dziurzański, Amit Kumar Singh외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 01. 14.

Real-Time Systems Scheduling참고 문헌 8인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 멀티코어 임베디드 시스템을 위한 현실적인 자동차 벤치마크를 생성하기 위해 AMALTHEA 플랫폼을 사용하는 것을 제안하며, AMALTHEA 파일을 위한 C++ 파서를 구현하고 네트워크온칩(Network-on-Chip, NoC) 아키텍처에서 작업 및 레이블 할당을 최적화하기 위해 유전 알고리즘을 적용한다. 주요 기여는 2x2 NoC에서 92세대 만에 완전히 스케줄러블한 할당을 확보한 것으로, 제작스팬이 향상되고 딜레이나이트 위반이 감소하였다.

ABSTRACT

In this paper, using of automotive use cases as benchmarks for real-time system design has been proposed. The use cases are described in a format supported by AMALTHEA platform, which is a model based open source development environment for automotive multi-core systems. An example of a simple Electronic Control Unit has been analysed and presented with enough details to reconstruct this system in any format. For researchers willing to use AMALTHEA file format directly, an appropriate parser has been developed and offered. An example of applying this parser and benchmark for optimising makespan while not violating the timing constraints by allocating functionality to different Network on Chip resource is demonstrated.

연구 동기 및 목표

• 실시간 멀티코어 시스템 설계 알고리즘 평가를 위한 공개된, 현실적인 자동차 벤치마크의 부족을 해결한다.
• 연구자들이 AMALTHEA 플랫폼에서 제공하는 자동차 사용 사례를 다른 형식으로 재구성하고 재사용할 수 있도록 한다.
• 외부 도구(예: 유전 알고리즘 프레임워크 등)와의 통합을 촉진하기 위해 AMALTHEA 파일 형식을 위한 파서를 개발한다.
• 시간 제약 조건 하에서 시스템 수준의 자원 할당 최적화에 파서와 벤치마크를 적용함을 보여준다.

제안 방법

• 실제 자동차 사용 사례(DemoCar)를 기술하기 위해 AUTOSAR 표준을 준수하는 오픈소스 모델기반 개발 환경인 AMALTHEA 플랫폼을 사용하였다.
• AMALTHEA XML 파일에서 시스템 수준의 정보(실행가능요소, 작업, 레이블, 종속성 등)를 추출하기 위해 맞춤형 C++ 파서를 개발하였다.
• 멀티코어 실행을 시뮬레이션하기 위해 XY 라우팅을 사용하는 2x2 메시 기반 네트워크온칩(Network-on-Chip, NoC) 플랫폼을 모델링하였다.
• 제작스팬을 최소화하고 딜레이나이트 위반을 방지하기 위해 유전 알고리즘을 적용하여 코어 간 작업 및 레이블 할당을 탐색하였다.
• 이전 연구에서 제안한 기법을 사용하여 스케줄러블성을 평가하였으며, 100세대에 걸쳐 제작스팬과 위반된 딜레이나이트 수를 측정하였다.
• 확장성과 에너지 트레이드오프를 평가하기 위해 4코어(2x2 NoC), 3코어(한 코어 비활성화), 2코어(두 코어 비활성화) 구성에서 실험을 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 AMALTHEA 플랫폼을 사용하여 실시간 시스템 연구를 위한 현실적이고 재사용 가능한 자동차 벤치마크를 생성할 수 있는가?
• RQ2 AMALTHEA 파일을 위한 C++ 파서가 외부 최적화 프레임워크와의 상호운용성을 얼마나 높일 수 있는가?
• RQ3 유전 알고리즘이 자동차 워크로드를 위한 NoC 기반 멀티코어 플랫폼에서 스케줄러블한 작업 및 레이블 할당을 찾는 데 얼마나 효과적인가?
• RQ4 코어 수 감소가 실시간 자동차 벤치마크에서 스케줄러블성과 제작스팬에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 2x2 NoC 플랫폼에서 DemoCar 벤치마크에 대해 완전히 스케줄러블한 할당이 92세대 만에 확보되었으며, 제작스팬은 시간이 지남에 따라 감소하였다.
• 한 코어를 비활성화한 3코어 플랫폼에서는 94세대 만에 완전히 스케줄러블한 할당이 발견되었으며, 이는 약간의 성능 저하를 의미한다.
• 두 코어를 비활성화한 2x2 NoC에서는 광범위한 탐색(4개의 아일랜드, 각 100명의 개체)에도 불구하고 완전히 스케줄러블한 할당을 찾지 못했으며, 총 1204개의 딜레이나이트 중 216개가 위반되었다.
• 평균 스케줄러블성 분석은 평가당 0.1초 미만으로 수행되었으며, 전체 AMALTHEA 파일 파싱 과정은 표준 데스크톱 CPU에서 0.008초 내에 완료되었다.
• 파서는 AMALTHEA 파일에서 모든 필수 시스템 구성요소(실행가능요소, 작업, 레이블, 종속성 등)를 성공적으로 추출하여 후속 최적화를 가능하게 하였다.
• 결과적으로 AMALTHEA 기반의 벤치마크와 파서는 실시간 시스템 설계 연구, 특히 자원 할당 및 타이밍 분석 분야에서 실용 가능하다는 것이 입증되었다.