SyCERS: Un framework basato su SystemC per la progettazione e simulazione di sistemi embedded dinamicamente riconfigurabili Carlo AMICUCCI Matr. 642360 Relatore prof. Donatella SCIUTO Correlatore ing. Marco Domenico SANTAMBROGIO

Sommario Obiettivi Sistemi embedded dinamicamente riconfigurabili Transaction Level Modeling (TLM) e SystemC Riconfigurabilità dinamica e SystemC Modelli SystemC per Caronte Risultati sperimentali Sviluppi futuri

Obiettivi

Sistemi embedded dinamicamente riconfigurabili

Transaction Level Modeling (TLM) e SystemC

Riconfigurabilità dinamica e SystemC

Modelli SystemC per Caronte

Risultati sperimentali

Sviluppi futuri

Obiettivi Definizione di un modello per descrivere sistemi dinamicamente riconfigurabili Basata su uno dei linguaggi di descrizione hardware esistenti Utilizzabile già nelle prime fasi di progetto (permette di considerare la riconfigurabilità a livello di sistema) Fornire un framework per la simulazione e la progettazione di sistemi dinamicamente riconfigurabili Specifiche simulabili Possibilità di variare velocemente parametri quali: num. delle unità di riconf., tempo di riconfigurazione, ecc… Possibilità di considerare la componente software

Definizione di un modello per descrivere sistemi dinamicamente riconfigurabili

Basata su uno dei linguaggi di descrizione hardware esistenti

Utilizzabile già nelle prime fasi di progetto (permette di considerare la riconfigurabilità a livello di sistema)

Fornire un framework per la simulazione e la progettazione di sistemi dinamicamente riconfigurabili

Specifiche simulabili

Possibilità di variare velocemente parametri quali: num. delle unità di riconf., tempo di riconfigurazione, ecc…

Possibilità di considerare la componente software

Sistemi embedded dinamicamente riconfigurabili Generalmente basati su FPGA Comunicazione BUS (Tecnologie standard quali AMBA o IBM CoreConnect) Connessione punto-punto Presenza di un controllore della riconfigurabilità (generalmente nella parte statica o esterno al dispositivo) che può essere controllato: Hardware Software (maggiore flessibilità) Esempi: Caronte ADRIATIC e RECONF2

Generalmente basati su FPGA

Comunicazione

BUS (Tecnologie standard quali AMBA o IBM CoreConnect)

Connessione punto-punto

Presenza di un controllore della riconfigurabilità (generalmente nella parte statica o esterno al dispositivo) che può essere controllato:

Hardware

Software (maggiore flessibilità)

Esempi: Caronte ADRIATIC e RECONF2

TLM e SystemC Separare la definizione delle funzionalità del sistema dalla definizione dei dettagli di comunicazione Attraverso la definizione di un Canale di comunicazione DEF.: un canale implementa una serie di interfacce che sono esposte ai componenti funzionali connessi attraverso di esso. DEF.: un’ interfaccia espone i metodi che possono essere invocati dal componente funzionale per comunicare. SystemC, dalla versione 2.0, permette di utilizzare la TLM: write() read() modulo A pA->write(v) modulo B v=pB->read() canale pA pB sc_interface sc_port

Separare la definizione delle funzionalità del sistema dalla definizione dei dettagli di comunicazione

Attraverso la definizione di un Canale di comunicazione

DEF.: un canale implementa una serie di interfacce che sono esposte ai componenti funzionali connessi attraverso di esso.

DEF.: un’ interfaccia espone i metodi che possono essere invocati dal componente funzionale per comunicare.

SystemC, dalla versione 2.0, permette di utilizzare la TLM:

La metodologia proposta Specification Model Component Assembly Model Bus Functional Model Definire la funzionalità del sistema Non contiene dettagli sull’implementazione Esplorazione dello spazio delle soluzioni Dettagli implementativi sulle funzionalità Non contiene dettagli sulla comunicazione Validazione della soluzione attraverso la simulazione

Definire la funzionalità del sistema

Non contiene dettagli sull’implementazione

Esplorazione dello spazio delle soluzioni

Dettagli implementativi sulle funzionalità

Non contiene dettagli sulla comunicazione

Validazione della soluzione attraverso la simulazione

Componente dinamicamente riconfigurabile in SystemC Non è possibili istanziare in fase di simulazione un sc_module Posso modificare SC_THREAD e SC_METHOD utilizzando: puntatore a funzione sc_mutex Configurazione Associabile un tempo di ric. Elaborazione Associabile un tempo di elab. *g() Componente Riconfigurabile (sc_module) Configurazione (puntatore a funzione) mutex

Non è possibili istanziare in fase di simulazione un sc_module

Posso modificare SC_THREAD e SC_METHOD utilizzando:

puntatore a funzione

sc_mutex

Configurazione

Associabile un tempo di ric.

Elaborazione

Associabile un tempo di elab.

Evoluzione di un componente riconfigurabile nel tempo *f() *g() *g() *g() Mem. delle Conf. f() g() k() Unlocked Locked Riconfig. Elab.

Comunicazione rec_ctrl_if utilizzata dal controllore delle riconfigurazioni per gestire i componenti riconfigurabili comm_if utilizzata da una configurazione per accedere alle risorse messe a disposizione dal componente riconfigurabile

rec_ctrl_if utilizzata dal controllore delle riconfigurazioni per gestire i componenti riconfigurabili

comm_if utilizzata da una configurazione per accedere alle risorse messe a disposizione dal componente riconfigurabile

Modelli per Caronte Codice di Controllo (SystemC) Compilatore GCC Configurazioni BlackBox (SystemC) Configurazioni Processo di controllo Scheduler e Controller Modello Memoria Cross compilatore GCC Codice di Controllo (C/C++) Component assembly model Bus arbitration model Modello Memoria BlackBoxes Modello CoreConnect PowerPC ISS Open SystemC PowerPC core models

Risultati sperimentali Filtro Adattativo (5 configurazioni) Elaborazione pipeline Acceleratore hw MD5 (4 configurazioni) Ver. 1 – elaborazione monolitica Ver. 2 – elaborazione pipeline DES (2 configurazioni) Riconfigurabilità e Sistemi di calcolo parallelo

Filtro Adattativo (5 configurazioni)

Elaborazione pipeline

Acceleratore hw

MD5 (4 configurazioni)

Ver. 1 – elaborazione monolitica

Ver. 2 – elaborazione pipeline

DES (2 configurazioni)

Riconfigurabilità e Sistemi di calcolo parallelo

Filtro Adattativo Component assembly model di Caronte Permette di vedere come variano le prestazioni del sistema in funzione Del numero BlackBox Tempo di riconfigurazione Politica di scheduling

Component assembly model di Caronte

Permette di vedere come variano le prestazioni del sistema in funzione

Del numero BlackBox

Tempo di riconfigurazione

Politica di scheduling

Prestazioni del simulatore Il tempo di esecuzione reale dipende da: Risoluzione del tempo di simulazione Ottimizzazione in fase di compilazione (il tempo di elab. < 30 %) La memoria occupata dal modello è di circa 150 KB per ogni BlackBox Aumentando il num. Di BlackBox aumenta il numero di thread, ma le prestazioni non degradano

Il tempo di esecuzione reale dipende da:

Risoluzione del tempo di simulazione

Ottimizzazione in fase di compilazione (il tempo di elab. < 30 %)

La memoria occupata dal modello è di circa

150 KB per ogni BlackBox

Aumentando il num. Di BlackBox aumenta il numero di thread, ma le prestazioni non degradano

Risultati e sviluppi futuri Generazione automatica di specifiche riconfigurabili da specifiche statiche. Introduzione di metriche per la stima dell’occupazione Estensione del simulatore al modello DORM (Data Oriented Reconfigurable Model). In questo modello la funzionalità necessaria a manipolare i dati è definita nel dato stesso. Utilizzo dei risultati di simulazione per la stima automatica del numero di iterazioni necessarie al mascheramento delle operazioni di riconfigurazione. C. Amicucci, F. Ferrandi, M.Santambrogio, D. Sciuto. SyCERS: a SystemC design exploration framework for SoC reconfigurable architecture, In Engineering of Reconfigurable System and Algorithms Conference ( ERSA ‘06 ), Las Vegas, Nevada, USA, Giugno 26-29 2006

Generazione automatica di specifiche riconfigurabili da specifiche statiche.

Introduzione di metriche per la stima dell’occupazione

Estensione del simulatore al modello DORM (Data Oriented Reconfigurable Model). In questo modello la funzionalità necessaria a manipolare i dati è definita nel dato stesso.

Utilizzo dei risultati di simulazione per la stima automatica del numero di iterazioni necessarie al mascheramento delle operazioni di riconfigurazione.

C. Amicucci, F. Ferrandi, M.Santambrogio, D. Sciuto. SyCERS: a SystemC design exploration framework for SoC reconfigurable architecture, In Engineering of Reconfigurable System and Algorithms Conference ( ERSA ‘06 ), Las Vegas, Nevada, USA, Giugno 26-29 2006