Escalonadores de prioridade fixa em multiprocessadores de tempo-real

Abstract

Devido evolução tecnológica observada nos últimos anos, os sistemas embutidos com capacidade de multi processamento tornaram-se comuns. Nestes dispositivos, a escassez de recursos obriga a uma distribuição otimizada dos mesmos pelas diversas atividades suportadas. Este tipo de dispositivos contam normalmente com um processador de uso geral, tipicamente um processador da família ARM, e um ou mais processadores direcionados a tarefas específicas, como processadores vetoriais (EVP), utilizados em sistemas de processamento digital de sinal por exemplo. A distribuição de recursos pelas tarefas do sistema é feita por um escalonador. Este pode fazer a distribuição de recursos obedecendo a uma das várias disciplinas conhecidas: Round Robin, First In First Out, Time Division Multiplexing, Fixed Priority, etc. O presente trabalho tem como principal objetivo a investigação de escalonadores de tempo-real baseados em prioridades fixas, com especial atenção para a aplicações de streaming a executar em plataformas multiprocessador, utilizando dataflow. Dataflow é um paradigma que utiliza teoria de grafos para realizar a modelação, programação e análise de aplicações e sistemas. A primeira parte deste projeto é dedicada à análise e modelação de grafos de fluxo de dados onde a distribuição de recursos é feita com recurso a um escalonador de prioridade fixa. A segunda parte será dedicada ao estudo da interferência entre tarefas com níveis de prioridades distintos em grafos independentes, quando mapeados para execução no mesmo processador. Em sistemas embebidos, existem tarefas de alta prioridade (periódicas ou esporádicas) que têm de ser atendidas o mais rapidamente possível quando prontas a executar. Este atendimento irá interferir na execução de tarefas que corram na mesma plataforma com níveis de prioridade inferiores, pois estas serão bloqueadas durante a execução das tarefas de maior prioridade. Esta interferência tem como consequências diretas a diminuição do tempo de resposta das tarefas de alta prioridade e o aumento do tempo de execução das tarefas com níveis de prioridades baixos. Com este trabalho pretendemos verificar quais as vantagens e desvantagens que um escalonador de prioridade fixa pode oferecer neste tipo de situações, quando comparado com outros escalonadores.

Due to the technological evolution that happened recently, embedded systems with multiprocessing capabilities are becoming common. Application requirements often impose resource constrains, leading to the necessity of distributing them in an efficient manner. This type of devices counts normally with a general purpose processor, typically from the ARM family, and one or more task specific processors, such as vector processors (EVP), used in digital signal processing systems for instance. The resource distribution through the tasks is done by a scheduler. The scheduling can be done through one of the known scheduling policies: Round Robin, Fist In First Out, Time Division Multiplexing, Fixed Priority, etc. The main goal with this project is to investigate fixed-priority real-time schedulers, with special focus to streaming applications executing on multiprocessor platforms, using dataflow. Dataflow is a paradigm that uses graph theory for modelling, programming and analysis of applications and systems. The fist part of this project is dedicated to the analysis and modelling of fixed priority dataflow graphs with shared resources distributed through a fixed priority scheduler. The second part is dedicated to the study of interference between tasks with different levels of priority on independent graphs, when mapped to execution on the same processor. Embedded systems frequently have high priority tasks (periodic or sporadic) that need to be dispatched as soon as they become ready to execute. This action is going to interfere in the execution of tasks that are running in the same platform but with lower priority levels, since they are going to be blocked during the execution of the high priority tasks. This interference has two direct consequences: a lower response time for the high priority tasks and an increase in the execution time for the tasks in lower priority levels. With our work, we intend to investigate the advantages and disadvantages that a fixed priority scheduler can offer in this type of situations, when compared with other schedulers.