[论文解读] Benchmarking, System Design and Case-studies for Multi-core based Embedded Automotive Systems

Piotr Dziurzański, Amit Kumar Singh+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 14, 2016

Real-Time Systems Scheduling参考文献 8被引用 7

一句话总结

本文提出使用 AMALTHEA 平台生成用于多核嵌入式系统的现实汽车基准测试，展示了 AMALTHEA 文件的 C++ 解析器，并应用遗传算法在片上网络（NoC）平台上优化任务与标签分配。主要贡献是在 92 代内于 2×2 NoC 上找到完全可调度的分配方案，同时改善了完成时间并减少了截止时间违规。

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.

研究动机与目标

• 解决缺乏公开可用、现实的汽车基准测试以评估实时多核系统设计算法的问题。
• 使研究人员能够从 AMALTHEA 平台重建并重用汽车用例的其他格式。
• 开发 AMALTHEA 文件格式的解析器，以促进与外部工具（如遗传算法框架）的集成。
• 展示解析器与基准测试在满足时序约束下优化系统级资源分配的应用。

提出的方法

• 使用 AMALTHEA 平台（一个符合 AUTOSAR 标准的开源、基于模型的开发环境）来描述一个真实的汽车用例（DemoCar）。
• 开发自定义 C++ 解析器，从 AMALTHEA XML 文件中提取系统级信息（可运行实体、任务、标签、依赖关系）。
• 建立基于 2×2 网格的片上网络（NoC）平台，采用 XY 路由机制，模拟真实硬件约束。
• 应用遗传算法在核心之间探索任务与标签的分配，目标是最小化完成时间并避免截止时间违规。
• 使用先前研究中的技术评估可调度性，测量 100 代内的完成时间和未完成的截止时间。
• 在 4 核（2×2 NoC）、3 核（一个核心禁用）和 2 核（两个核心禁用）配置下进行实验，以评估可扩展性和能效权衡。

实验结果

研究问题

• RQ1 AMALTHEA 平台能否用于生成现实的、可重用的汽车基准测试，以支持实时系统研究？
• RQ2 AMALTHEA 文件的 C++ 解析器在多大程度上能实现与外部优化框架的互操作性？
• RQ3 遗传算法在基于 NoC 的多核平台上，对汽车工作负载找到可调度的任务与标签分配方案的效率如何？
• RQ4 核心数量减少对实时汽车基准测试中可调度性和完成时间的影响是什么？

主要发现

• 在 2×2 NoC 平台上，DemoCar 基准测试在 92 代内实现了完全可调度的分配方案，且完成时间随时间推移持续下降。
• 当一个核心被禁用（3 核平台）时，完全可调度的分配在 94 代内被找到，表明性能略有下降。
• 在 2×2 NoC 平台中禁用两个核心时，尽管进行了广泛搜索（四个种群，每组 100 个个体），仍未找到完全可调度的分配方案，导致 216 个任务中的 1204 个截止时间被违反。
• 平均可调度性分析每轮评估耗时少于 0.1 秒，且整个 AMALTHEA 文件解析过程在标准台式 CPU 上耗时 0.008 秒。
• 解析器成功从 AMALTHEA 文件中提取了所有必要的系统组件（可运行实体、任务、标签、依赖关系），为后续优化提供了支持。
• 结果表明，基于 AMALTHEA 的基准测试与解析器在实时系统设计研究中具有可行性，尤其适用于资源分配与时序分析。