Integração de novos processadores em arquiteturas MPSOC: um estudo de caso

Abstract

The increase in transistor density on a single integrated circuit enables the design of complete computational systems on a single chip (Systems-on-Chip). Today, the computational power required by applications demands SoC architectures with more than one processor. Appeared then architectures called MPSoCs (Multiprocessor Systems-on-Chip). However, MPSoCs found on literature do not present different kinds of processors cores. Despite this fact, the literature on MPSoCs argues that heterogeneous MPSoCs (more than one kind of processor core) have a better performance. One of the problems to design heterogeneous architectures is the difficulty to integrate processors on MPSoCs platforms. The present work has the objective to fulfill this project gap, the integration of pre-validated processors, adapting a hardware and software platform for a new processor. As start point, this work uses a state-of-the-art homogeneous MPSoC platform. This platform is modified, making possible its prototyping, resulting in the first contribution of this Dissertation. The second contribution lies in developing a new processing element for the same MPSoC, using as case study MB-Lite processor - which adopts the MicroBlaze architecture. Besides the development of this module, the operating system responsible for implementing multitasking is ported to this processor, identifying the architecture dependent mechanisms. Finally, we present results of the integration of this processor, and evaluation of heterogeneous MPSoC with synthetic applications performing tasks on different processors (Plasma and MB-Lite), thus validating the proposed integration of a new processor in an MPSoC architecture.

Com o aumento da densidade de transistores em um mesmo circuito integrado, possibilitou-se o desenvolvimento de sistemas computacionais completos em um único chip (Systems-on-Chip). Atualmente, o poder computacional exigido pelas aplicações freqüentemente demanda uma arquitetura SoC com mais de um processador. Surgiram então as arquiteturas multiprocessadas, denominadas MPSoCs (Multiprocessor Systems-on-Chip). As arquiteturas MPSoCs encontradas na literatura não apresentam grande variedade de tipos de núcleo de processamento. Apesar deste fato, a literatura no tema de MPSoCs argumenta com freqüência que MPSoCs heterogêneos (mais de um tipo de núcleo de processamento) apresentam um melhor desempenho. Um dos problemas para desenvolver arquiteturas heterogêneas é a dificuldade de se integrar processadores em plataformas MPSoC. Este trabalho tem por objetivo suprir a lacuna de integração de processadores pré-validados, adaptando uma plataforma de hardware e software para um novo processador. Como ponto de partida para o trabalho utiliza-se uma plataforma MPSoC estado-da-arte homogênea. Esta plataforma é modificada, tornando-se possível a sua prototipação, resultando na primeira contribuição desta Dissertação. A segunda contribuição reside no desenvolvimento de um novo elemento de processamento para o mesmo MPSoC, utilizando como estudo de caso o processador MB-Lite – que adota a arquitetura Microblaze. Além do desenvolvimento deste módulo, o sistema operacional responsável pela execução multitarefa é portado para este processador, identificando-se os mecanismos dependentes de arquitetura no mesmo. Por fim, são apresentados resultados da integração deste processador, e a avaliação do MPSoC heterogêneo com aplicações sintéticas executando tarefas em processadores distintos (Plasma e MB-Lite), validando-se assim a proposta de integração de novos processadores em arquiteturas MPSoC.