Σχεδιασμός ενσωματωμένων συστημάτων σε πλατφόρμες πολλαπλών επεξεργαστών για δυναμικές εφαρμογές
Authors: Μπάρτζας Αλέξανδρος 
Published: January 2014

Η επόµενη γενιά ενσωµατωµένων συστηµάτων θα κυριαρχείται από φορητές συσκευές, ικανές να προσφέρουν πλούσιες υπηρεσίες επικοινωνιών και πολυµέσων σε οποιαδήποτε περιοχή και στιγµή. Τέτοιου τύπου εφαρµογές χρησιµοποιούν πολλαπλά νήµατα εκτέλεσης και χειρίζονται δυναµικά δεδοµένα έτσι ώστε να ανταποκρίνονται καλύτερα στις δυναµικές απαιτήσεις του χρήστη αλλά και τις δυναµικές συνθήκες του περιβάλλοντος λειτουργίας. Για την παροχή υψηλής ποιότητας υπηρεσιών τα ενσωµατωµένα συστήµατα θα απαρτίζονται από πολλαπλά επεξεργαστικά στοιχεία και αρθρώµατα µνήµης. Ένα από τα κύρια σηµεία των ενσωµατωµένων συστηµάτων που παίζει σηµαντικό ρόλο στις επιδόσεις και την κατανάλωση ενέργειας είναι το υποσύστηµα µνήµης. Η αποθήκευση των δεδοµένων καθώς και ο δυναµικός τρόπος δέσµευσης, αποδέσµευσης και πρόσβασης σε αυτά καθορίζουν σε πολύ µεγάλο βαθµό τις επιδόσεις και την κατανάλωση ενέργειας του ενσωµατωµένου συστήµατος. Ένα άλλο σηµαντικό σηµείο είναι ο τρόπος διασύνδεσης των αρθρωµάτων του συστήµατος µεταξύ τους. Επιπλέον, νέες τεχνολογίες κατασκευής, όπως είναι η τρισδιάστατη ολοκλήρωση, φέρνουν νέες προκλήσεις στο σχεδιασµό των ενσωµατωµένων συστηµάτων. Οι µεθοδολογίες και τα εργαλεία λογισµικού που αναπτύχθηκαν στο πλαίσιο της Διδακτορικής Διατριβής έχουν ως στόχο την αξιοποίηση των διαθέσιµων πόρων µνήµης του ενσωµατωµένου συστήµατος όταν αυτό εκτελεί δυναµικές εφαρµογές µε πολλαπλά νήµατα επεξεργασίας. Πιο συγκεκριµένα, το πρώτο βήµα που πρέπει να κάνει ο σχεδιαστής είναι ο χαρακτηρισµός της (δυναµικής) συµπεριφοράς των εφαρµογών λογισµικού όσον αφορά τις προσβάσεις στα δυναµικά δεδοµένα. Για το σκοπό αυτό ανέπτυξα τη δοµή των µεταδεδοµένων λογισµικού, η οποία είναι ικανή να απεικονίσει τη συµπεριφορά δυναµικών εφαρµογών. Για την εξαγωγή των µεταδεδοµένων λογισµικού ανέπτυξα εργαλεία λογισµικού που χρησιµοποιούνται για τις εργασίες της σκιαγράφησης και ανάλυσης των δυναµικών εφαρµογών. Η ύπαρξη των µεταδεδοµένων λογισµικού βοήθησε στην ανάπτυξη των µεθοδολογιών αναγνώρισης µπλοκ µεταφορών δεδοµένων και εκχώρησης των δυναµικών δεδοµένων στο υποσύστηµα µνήµης. Αλλά, το µεγαλύτερο όφελος που πρόσφερε η ανάπτυξη των µεταδεδοµένων λογισµικού είναι ότι επέτρεψαν την ενοποίηση µεθοδολογιών διαχείρισης δυναµικών δεδοµένων σε µια ενιαία ροή σχεδιασµού για πρώτη φορά. Μια άλλη εφαρµογή των µεταδεδοµένων λογισµικού είναι ότι σε συνδυασµό µε τα µοτίβα κάθετης διασυνδεσιµότητας επέτρεψαν τη συστηµατική διερεύνηση τρισδιάστατων αρχιτεκτονικών Δικτύου-σε- Πυρίτιο. Αρχιτεκτονικές τέτοιου τύπου είναι ικανές να παρέχουν µια αποδοτική διασύνδεση στο µεγάλο αριθµό αρθρωµάτων που θα έχουν τα µελλοντικά ενσωµατωµένα συστήµατα. Για τους σκοπούς αυτής της διερεύνησης ανέπτυξα έναν προσοµοιωτή υψηλού επιπέδου, ο οποίος δέχεται συνθετικές αλλά και πραγµατικές εισόδους. Επιπλέον, πραγµατοποιήθηκε η σύνδεση του προσοµοιωτή µε εργαλείο φυσικής προτυποποίησης, παρέχοντας τη δυνατότητα ακριβής εκτίµησης του µήκους και της κατανάλωσης ενέργειας του δικτύου διασύνδεσης από τα αρχικά βήµατα του σχεδιασµού. Συνοπτικά, τα ερευνητικά αποτελέσµατα που παρουσιάζονται στην παρούσα Διδακτορική Διατριβή παρέχουν λύσεις που αφορούν το χαρακτηρισµό της συµπεριφοράς δυναµικών πολυνηµατικών εφαρµογών, τη δυναµική διαχείριση δεδοµένων αλλά και το σχεδιασµό εναλλακτικών τρισδιάστατων αρχιτεκτονικών Δικτύου-σε- Πυρίτιο.