The COMPLEX reference framework for HW/SW co-design and power management supporting platform-based design-space exploration

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The COMPLEX reference framework for HW/SW co-design and power management supporting platform-based design-space exploration

The consideration of an embedded device’s power consumption and its management is increasingly important nowadays. Currently, it is not easily possible to integrate power information already during the platform exploration phase. In this paper, we discuss the design challenges of today’s heterogeneous HW/SW systems regarding power and complexity, both for platform vendors as well as system integrators. As a result, we propose a reference framework and design flow concept that combines system-level power optimization techniques with platform-based rapid prototyping. Virtual executable prototypes are generated from MARTE/UML and functional C/C++ descriptions, which then allows to study different platforms, mapping alternatives, and power management strategies. Our proposed flow combines system-level timing and power estimation techniques available in commercial tools with platform-based rapid prototyping. We propose an efficient code annotation technique for timing and power properties enabling fast host execution as well as adaptive collection of power traces. Combined with a flexible design-space exploration (DSE) approach our flow allows a trade-off analysis between different platforms, mapping alternatives, and optimization techniques, based on domain-specific workload scenarios. The proposed framework and design flow has been implemented in the COMPLEX FP7 European integrated project

Virtual Platform-Based Design Space Exploration of Power-Efficient Distributed Embedded Applications

Networked embedded systems are essential building blocks of a broad variety of distributed applications ranging from agriculture to industrial automation to healthcare and more. These often require specific energy optimizations to increase the battery lifetime or to operate using energy harvested from the environment. Since a dominant portion of power consumption is determined and managed by software, the software development process must have access to the sophisticated power management mechanisms provided by state-of-the-art hardware platforms to achieve the best tradeoff between system availability and reactivity. Furthermore, internode communications must be considered to properly assess the energy consumption. This article describes a design flow based on a SystemC virtual platform including both accurate power models of the hardware components and a fast abstract model of the wireless network. The platform allows both model-driven design of the application and the exploration of power and network management alternatives. These can be evaluated in different network scenarios, allowing one to exploit power optimization strategies without requiring expensive field trials. The effectiveness of the approach is demonstrated via experiments on a wireless body area network application

Nuevas técnicas de inyección de fallos en sistemas embebidos mediante el uso de modelos virtuales descritos en el nivel de transacción

Mejor software y más rápido. Este es el desafío que se deriva de la necesidad de construir sistemas cada vez más inteligentes. En cualquier diseño embebido actual, el software es un componente fundamental que dota al sistema de una alta capacidad de configuración, gran número de funcionalidades y elasticidad en el comportamiento del sistema en situaciones excepcionales. Si además el desarrollo del conjunto hardware/software integrado en un System on Chip (SoC), forma parte de un sistema de control crítico donde se deben tener en cuenta requisitos de tolerancia a fallos, la verificación exhaustiva de los mismos consume un porcentaje cada vez más importante de los recursos totales dedicados al desarrollo y puesta en funcionamiento del sistema. En este contexto, el uso de metodologías clásicas de codiseño y coverificación es completamente ineficiente, siendo necesario el uso de nuevas tecnologías y herramientas para el desarrollo y verificación tempranos del software embebido. Entre ellas se puede incluir la propuesta en este trabajo de tesis, la cual aborda el problema mediante el uso de modelos ejecutables del hardware definidos en el nivel de transacción. Debido a los estrictos requisitos de robustez que imperan en el desarrollo de software espacial, es necesario llevar a cabo tareas de verificación en etapas muy tempranas del desarrollo para asegurar que los mecanismos de tolerancia a fallos, avanzados en la especificación del sistema, funcionan adecuadamente. De forma general, es deseable que estas tareas se realicen en paralelo con el desarrollo hardware, anticipando problemas o errores existentes en la especificación del sistema. Además, la verificación completa de los mecanismos de excepción implementados en el software, puede ser imposible de realizar en hardware real ya que los escenarios de fallo deben ser artificial y sistemáticamente generados mediante técnicas de inyección de fallos que permitan realizar campañas de inyección controlables, observables y reproducibles. En esta tesis se describe la investigación, desarrollo y uso de una plataforma virtual denominada "Leon2ViP", con capacidad de inyección de fallos y basada en interfaces SystemC/TLM2 para el desarrollo temprano y verificación de software embebido en el marco del proyecto Solar Orbiter. De esta forma ha sido posible ejecutar y probar exactamente el mismo código binario a ejecutar en el hardware real, pero en un entorno más controlable y determinista. Ello permite la realización de campañas de inyección de fallos muy focalizadas que no serían posible de otra manera. El uso de "\Leon2ViP" ha significado una mejora significante, en términos de coste y tiempo, en el desarrollo y verificación del software de arranque de la unidad de control del instrumento (ICU) del detector de partículas energéticas (EPD) embarcado en Solar Orbiter