23022

طراحي يك شتاب‌دهنده سخت‌افزاري مؤثر براي سامانه‌هاي نهفته بي‌درنگ چندهسته‌اي با ملاحظات انرژي و دما

كارشناسي ارشد

معماري سيستم هاي كامپيوتري

1399

1399/8/25

دكتر حاكم بيت الهي - دكتر مهدي فاضلي

دكتر وحيد حميتي واقف

كامپيوتر

زمان‌بندي وظايف در سامانه‌هاي بي‌درنگ چندهسته‌اي يكي از مهم‌ترين اجزاي تشكيل‌دهنده سيستم‌عامل بي‌درنگ است. با بيشتر شدن سامانه‌هاي نهفته در زندگي مدرن امروزي، ميزان مصرف انرژي سامانه نيز بشدت موردتوجه قرارگرفته است. وجود محدوديت در انرژي باطري در سامانه‌هاي نهفته قابل‌حمل، جلوي افزايش سرعت و فركانس كاري پردازنده‌ها را گرفته است، بنابراين وجود راه‌حلي در اين‌گونه سامانه‌ها كه بتواند مصرف انرژي را هم‌زمان با كاهش دما بهبود دهد، مي‌تواند پيشرفت بزرگي محسوب شود. در اين پايان‌نامه قصد بر آن است تا يك زمان‌بند سخت‌افزاري مؤثر برخط و توزيع‌شده معرفي كنيم تا از جهت كارايي، قابل پيش‌بيني بودن، توان و انرژي مصرفي و دما نسبت به زمان‌بندهاي نرم‌افزاري و سخت‌افزاري مشابه خود، عملكرد بهتري داشته باشد. طراحي و پياده‌سازي زمان‌بند به‌صورت سخت‌افزاري نسبت به طراحي و پياده‌سازي آن به‌صورت نرم‌افزاري داراي تعداد سيكل ساعت زمان‌بندي كمتر، تأخير كمتر و همچنين بازدهي و كارايي بالاتري است. زمان‌بند ارائه‌شده در اين پايان‌نامه به دليل اينكه به‌صورت سخت‌افزاري پياده‌سازي شده است، درنتيجه تمامي موارد گفته‌شده شامل مي‌شود. علاوه بر اين زمان‌بند ارائه‌شده بر پايه الگوريتم ابتدا زودترين مهلت (EDF) وظايف سخت را در هسته‌ي پردازشي در سامانه نهفته بي‌درنگ چندهسته‌اي زمان‌بندي مي‌كند. طراح و پياده ساز سامانه مي‌تواند بر اساس نياز سامانه نهفته بي‌درنگ، الگوريتم زمان‌بندي را انتخاب كند. نتايج به‌دست‌آمده در اين پايان‌نامه نشان مي‌دهد كه الگوريتم سخت افراي زمان‌بند پيشنهادي نسبت به الگوريتم زمان‌بند سطري-ستوني HRHS با توجه به ثابت نگه داشتن عملكرد و كارايي سامانه، سه پارامتر انرژي مصرفي پويا، ايستا و دما را به ترتيب 51.16 درصد، 50.82 درصد و 20.21 درصد به‌طور ميانگين كاهش مي‌دهد. در ادامه الگوريتم سخت‌افزاري زمان‌بند ارائه‌شده از زمان‌بندي پويا استفاده مي‌كند و از ويژگي‌هاي غير برخط روش خوشه‌بندي نيز دوري مي‌كند.

1399/10/24

An Efficient Hardware Accelerator Design for Real-Time Multi-Core Embedded Systems with Energy Consumption and Temperature Consideration

11/16/2021 12:00:00 AM

Task scheduling in multicore real-time systems is one of the most important components of real-time operating systems. With the proliferation of systems embedded in modern life, the amount of energy consumption of the system has also received much attention. Despite limitations on battery power in portable embedded systems, it has prevented processors from speeding up and operating frequently. Therefore, having a solution in such systems that can improve energy consumption while reducing the temperature, can be a great improvement. In this dissertation, we intend to introduce an effective online and distributed hardware scheduler to perform better in terms of efficiency, predictability, power and energy consumption and temperature than similar software and hardware schedulers. Design and implementation of scheduling as hardware has less scheduling clock cycles, less latency as well as higher efficiency and effectiveness than designing and implementing it as software. The timeline presented in this dissertation, because it is implemented as hardware, includes all of the above. In addition, the proposed scheduling based on the algorithm first scheduling the earliest deadlines (EDF) for complex tasks in the processing kernel in the instantaneous multi-core embedded system. The system designer and implementer can select the scheduling algorithm based on the needs of the embedded system immediately. The results obtained in this dissertation show that the proposed hard scheduling algorithm compared to the HRHS row-column scheduling algorithm with respect to keeping the system performance and efficiency constant, the three parameters of dynamic energy consumption, static and temperature, respectively 51.16%, 50.82%, 50.82%. In addition, the proposed scheduling hardware algorithm uses dynamic scheduling and avoids the offline features of the clustering method.

زمان‌بند سخت‌افزاري , سامانه نهفته بي‌درنگ , سامانه چندهسته‌اي , پردازش قابل بازپيكربندي , مدارهاي مجتمع قابل‌برنامه‌ريزي , توان و انرژي مصرفي سامانه , دماي سامانه

Hardware Scheduler , Real-time Embedded System , Multi-core System , Reconfigurable Processing , Field-Programmable Gate Array , Power and Energy Consumption , System Temperature