Serviços de comunicação diferenciados em sistemas multiprocessados em chip baseados em redes intra-chip

Abstract

Multiprocessor systems on chip (MPSoCs) are being considered as a probable standard for implementing future embedded systems. The computational power of these platforms allows the simultaneous execution of several applications with different requirements. The use of networks-on-chip (NoCs) as the communication infrastructure in these platforms is a reality in academic research and industrial projects, as well NoCs are considered an alternative to traditional buses, offering as major advantages scalability and support to multiple parallel communications. However, the motivation for their use in SoCs (Systems-on-Chip) goes beyond these evident advantages, once NoCs can support several communication services with different levels of quality. Since applications running on MPSoCs are often composed by several communicating tasks, efficient support to communications has a key role on the performance of these and is a strategic area in the development of multiprocessed platforms. Many works have been conducted in the last decade in NoC and MPSoC areas, however few of these address the gap between the network (communication services) and application levels within NoC-based MPSoCs. This work aims at the implementation of different communication services at the network level and its availability at the application level, in this way bridging the gap between these levels by a better hardware/software integration. The followed design methodology starts with the implementation of specific mechanisms at the network level to support differentiated communication services. These services are exposed at the application level through primitives that compose a communication API (Application Programming Interface). The purpose of the approach is to offer to application developers’ software support to meet application communication requirements, especially to those applications with time constraints. The performed evaluations show the operation and the benefits obtained through the use of the implemented services, besides identifying some scenarios where these do not fit so well.

Sistemas multiprocessados em chip (MPSoCs - Multiprocessor Systems-on-Chip) estão sendo considerados como provável padrão para implementar os sistemas embarcados futuros. O poder computacional destas plataformas possibilita a execução simultânea de diversas aplicações com diferentes requisitos. O emprego de redes intrachip (NoCs – Networks-on-Chip) como infraestrutura de comunicação em tais plataformas é uma realidade em pesquisas acadêmicas e projetos industriais. NoCs são comumente vistas como alternativa aos tradicionais barramentos, oferecendo como principais vantagens escalabilidade e suporte a diversas comunicações em paralelo. Contudo, a motivação para o seu emprego em SoCs (Systems-on-Chip) vai além dessas vantagens óbvias, visto que NoCs podem suportar diversos serviços de comunicação com diferentes níveis de qualidade. Visto que comumente as aplicações que executam em MPSoCs são compostas por diferentes tarefas comunicantes, o eficiente suporte à comunicação tem um papel fundamental no desempenho destas e é uma área estratégica no desenvolvimento de plataformas multiprocessadas. Muitos trabalhos têm sido conduzidos na última década nas áreas de NoCs e MPSoCs, entretanto poucos tratam a lacuna existente entre os níveis de rede (serviços de comunicação) e de aplicação em MPSoCs baseados em NoC. Este trabalho tem por objetivo a implementação de diferentes serviços de comunicação no nível de rede e a disponibilização destes no nível de aplicação, preenchendo assim a lacuna existente entre tais níveis através de uma melhor integração hardware/software.A metodologia de projeto seguida neste trabalho parte da implementação de mecanismos específicos no nível da rede, os quais dão suporte a serviços de comunicação diferenciados. Tais serviços são expostos no nível de aplicação através de primitivas que compõem a API (Application Programming Interface) de comunicação. O propósito desta abordagem é oferecer ao desenvolvedor de aplicações meios, em software, para satisfazer os requisitos de comunicação das aplicações, especialmente daquelas com restrições temporais. As avaliações realizadas mostram o funcionamento e os benefícios obtidos através da utilização dos serviços implementados, além de apontar alguns cenários onde estes não se adequam tão bem.