| Summary: | Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. === Made available in DSpace on 2017-02-28T04:10:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2016 === Abstract : Rigid partitions of components or modules in a hardware/software co-design flow can lead to suboptimal choices in embedded systems with dynamic or unpredictable runtime requirements. Field-Programmable Gate Array (FPGA) reconfiguration can help systems cope with dynamic non-functional requirements such as performance and power, hardware defects due to Negative-Bias Temperature Instability (NBTI) and Process, Voltage and Temperature (PVT) variations, or application requirements unforeseen at design time. This work proposes a framework for reconfigurable components whereby the reconfiguration of a component implementation is performed transparently without user intervention. The reconfiguration process is confined in system?s idle time without interfering with or being interfered by other activities occurring in the system or even peripherals performing I/O. For components with multiple implementations, our approach opportunistically and speculatively monitors system load and performance parameters to check when the reconfiguration can start. The framework differs from previous approaches in its syntax and semantics for reconfigurable components which are preserved across the multiple implementations in different substrates and the reconfiguration process that can be split into multiple steps. To quantify the impact of I/O interference on FPGA reconfiguration, we measured the execution time when loading bitstreams containing hardware components implementations from memory to the FPGA reconfiguration interface with multiple peripherals performing I/O in parallel. Moreover, a Private Automatic Branch Exchange (PABX) case study investigated the deployment of reconfigurable components in a scenario with timing constraints. A reconfiguration policy for the PABX components was proposed to deal with the unpredictable number of calls it receives by using reconfigurable hardware resources without degrading voice quality due to reconfiguration. Furthermore, we explored trade-offs between power consumption, execution time, and accuracy in a set of reconfigurable mathematical components.<br> === O particionamento estático de componentes ou módulos ao realizar o co-design hardware/software pode levar a escolhas insatisfatórias em sistemas embarcados com requisitos dinâmicos e imprevisíveis durante tempo de execução. A reconfiguração dinâmica de Field-Programmable Gate Arrays {FPGAs) pode ajudar sistemas a se adaptar em requisitos dinâmicos e não funcionais como desempenho e consumo de energia, defeitos de hardware devido ao fenômeno Negative-Bias Temperature Instability (NBTI) e variações de Processo, Tensão e Temperatura ou ainda requisitos da aplicação que não foram levados em consideração em tempo de projeto. Esse trabalho propõe um framework para componentes reconfiguráveis onde a reconfiguração da implementação de um componente é realizada de maneira transparente e sem a intervenção do usuário. O processo de reconfiguração é confinado no tempo ocioso do sistema sem interferir ou sofrer interferência de outras atividades ou mesmo periféricos realizando operações de entrada/saída. Para componentes com múltiplas implementações, nossa abordagem monitora de maneira especulativa a carga do sistema e contadores de desempenho para escolher o momento em que a reconfiguração deve se iniciar. O framework se difere de trabalhos anteriores devido à sintaxe e semântica para componentes reconfiguráveis que são preservadas nas múltiplas implementações e em diferentes substratos e no processo de reconfiguração que pode ser dividido em diversos passos. Para quantificar o impacto da interferência de entrada/saída na reconfiguração de FPGAs, foi medido o tempo de execução para carregar bitstreams contendo implementações de componentes em hardware da memória para a interface de reconfiguração de FPGA com diversos periféricos realizando operações de entrada/saída em paralelo. Além disso, o estudo de caso de um Private Automatic Branch Exchange (PABX) investigou o uso de componentes reconfiguráveis num cenário com requisitos temporais. Uma política de reconfiguração para os componentes do (PABX) foi proposta para lidar o número imprevisível de chamadas recebidas através de recursos reconfiguráveis sem degradar a qualidade da reprodução da voz devido à reconfiguração. Foram também explorados os trade-offs entre consumo de energia, tempo de execução e exatidão dos resultados num conjunto de componentes implementando operações matemáticas.
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