Arquitectura de Procesamiento Heterogénea SoC para mejorar consumo y prestaciones en aplicaciones de tiempo real

Abstract

[EN] In this work, a heterogeneous SoC processor of high performance and low consumption is put into operation for the execution of the control processes of a platform of advanced real-time systems. The processes of real time applications are characterized according to their function and their processing load. The processing cores are selected and interconnected, and the distribution of the workload is performed. Then, with the objective of reducing the energy consumption and obtaining high performance in the execution of tasks by the system, several strategies are studied to improve the processing and distribution of the workload on the heterogeneous computing platform. The techniques on which the work focuses for this are: dynamic voltage and frequency scaling (DVFS), real-time parallelization and processing, and workload balancing. Finally, the results are exposed, where a reduction in energy consumption of roughly 50% can be achieved when comparing to the default strategy of the operating system. On the other hand, an improvement of 30% in executing time can also be achieved. To obtain these results, the programming of a global scheduler is carried out in order to distribute the workload among the core clusters in an optimal way, bearing in mind the strategies studied and the different type of benchmarks that are modelled in real-time platforms.

[ES] En este trabajo se pone en funcionamiento un procesador heterogéneo SoC de altas prestaciones y bajo consumo para la ejecución de los procesos de control de una plataforma de sistemas avanzados de tiempo real. Se caracterizan los procesos de aplicaciones de tiempo real según su función y su carga de procesamiento. Se seleccionan e interconectan los núcleos de procesamiento y se realiza la distribución de la carga de proceso sobre los mismos. A continuación, con el objetivo de reducir el consumo de energía y obtener un alto rendimiento en la ejecución de las tareas por parte del sistema, se estudian varias estrategias para mejorar el procesamiento y la distribución de la carga de trabajo sobre la plataforma de cómputo heterogénea. Las técnicas en las que se centra el trabajo para esto son: escalado dinámico de voltaje y frecuencia (DVFS), paralelización y procesamiento en tiempo real, y balanceo de la carga de trabajo. Finalmente, se exponen los resultados, donde se puede lograr una reducción en el consumo de energía de aproximadamente el 50% en comparación con la estrategia predeterminada del sistema operativo. Por otro lado, también se puede lograr una mejora del 30% en el tiempo de ejecución total. Para obtener estos resultados, se realiza la programación de un planificador global que lleva a cabo la distribución de la carga entre los núcleos de procesamiento de manera óptima, según las estrategias estudiadas y los distintos tipos de tareas que se modelan en plataformas de tiempo real.

[CA] En aquest treball es posa en funcionament un processador heterogeni SoC d'altes prestacions i baix consum per a l'execució dels processos de control d'una plataforma de sistemes avançats de temps real. Es caracteritzen els processos de aplicacions de temps real segons la seua funció i la seua càrrega de processament. Se seleccionen i interconnecten els nuclis de processament i es realitza la distribució de la càrrega de procés sobre aquests. A continuación, amb l'objectiu de reduir el consum d'energia i obtindre un alt rendiment en l'execució de les tasques per part del sistema, s'estudien diverses estratègies per a millorar el processament i la distribució de la càrrega de treball sobre la plataforma de còmput heterogènia. Les tècniques en les quals se centra el treball per a això són: escalat dinàmic de voltatge i freqüència (DVFS), paral·lelització i processament en temps real, i balanceig de la càrrega de treball. Finalment, s'exposen els resultats, on es pot aconseguir una reducció en el consum d'energia d'aproximadament el 50% en comparació amb l'estratègia predeterminada del sistema operatiu. D'altra banda, també es pot aconseguir una millora del 30% en el temps d'execució. Per a obtindre aquests resultats, es realitza la programació d'un planificador global que duu a terme la distribució de la càrrega entre els nuclis de processament de manera òptima, segons les estratègies estudiades i els diferents tipus de tasques que es modelen en plataformes de temps real.