ORCA RT-TOOLS: a suite of tools to support real-time analysis on manycore systems

Abstract

A pandemia de COVID-19 permitiu que muitas empresas entrassem no mercado oferecendo soluções para auxiliar no combate contra o vírus SARS-CoV-2, incluindo robôs para desinfecção por UV-C e veículos autônomos. Com o crescimento na demanda de recursos computacionais nestes sistemas, a comunidade passou a explorar recursos de plataformas manycore, que possuem um maior potencial de paralelismo quando comparadas às plataformas single- e multi-core utilizadas atualmente. Entretanto, sistemas da missão-crítica necessitam de suporte para vários requisitos não-funcionais para comunicação e computação, incluindo tempo-real (TR). Ao longo dos anos, garantias de TR para comunicação e computação foram abordadas por diferentes comunidades de pesquisa. De um lado, a pesquisa sobre computação de TR avançou significantemente para plataformas single- e multi-core. Do outro lado, a pesquisa em comunicação de TR originou as chamadas redes intra-chip de tempo-real (RT-NoCs). Como resultado, a literatura carece de uma abordagem que trata ambas as perpectivas destes sistemas, majoritariamente negligenciando uma análise combinada de computação e comunicação. Esta tese apresenta uma abordagem para a análise de tempo-real em systemas manycore baseados em redes intra-chip, tratando tanto computação quanto comunicação. Nós usamos nossa abordagem para garantir os requisitos de tempo-real para computação e comunicação de um sistema sem uma NoC de tempo-real, usando uma NoC open-hardware de baixo custo. Nós validamos nossa abordagem em ambiente de simulação RTL, usando tanto aplicações sintéticas quanto benchmarks.

The COVID-19 pandemic allowed plenty of companies to enter the market offering solutions to help fight the SARS-CoV-2 virus, including robots for UV-C disinfection and autonomous vehicles. With the demand for computational resources growing in the criticalmission systems domain, the community began exploring resources from manycore platforms, which have a potential for parallelism compared to the single- and multi-core platforms currently used. However, critical-mission systems need support for several non-functional requirements for communication and computation, including real-time (RT). Over the years, different research communities have addressed RT guarantees for communication and computation. On the one hand, research on RT computing has advanced significantly for singleand multi-core platforms. On the other hand, RT communication research developed the socalled real-time intra-chip networks (RT-NoCs). As a result, the literature lacks an approach that tackles both perspectives of a system, mostly neglecting the joint analysis of computing and communication operations synchronization. This Thesis presents an approach to RT analysis in NoC-based manycores, which tackles computation and communication jointly. We used our approach to guarantee the RT requirements for computation and communication on a system without an RT-NoC, using a low-cost, open-source NoC. We validate our approach for synthetic and benchmark applications in an RTL simulation environment.