Hardware / Software Codesign

Abwicklung VO
9 fixe Termine:
12:15 – 14:00





10:15 – 12:00
12:15 – 14:00
12:15 – 14:00
1





Di 3.5.
Do 5.5.
Di 10.5.
Do 12.5.
Di 17.5.
Do 19.5.
Di 24.5.
Di 26.5.
Di 28.6.
Do 30.6.
A. Steininger TU Vienna
Abwicklung VO
9 fixe Termine:
12:15 – 14:00

Di 3.5.
Do 5.5.
Di 10.5.
Do 12.5.

Do 19.5.



12:15 – 14:00
12:15 – 14:00
2


Di 28.6.
Do 30.6.
A. Steininger TU Vienna
Gastvortrag
Dr. Eric Armengaud


AVL List, Graz
davor: Das Virtuelle Fahrzeug (Graz)
„Functional Safety“
3
A. Steininger TU Vienna
Vorlesung
Inhalte:

Kostenfaktoren

Optimierung

Hardware vs. Software
interaktive Gestaltung:
4

Frontalvorträge

vorbereitete “Hausübung”

gemeinsame Diskussionen

Praxisvorträge

Präsentation der Ergebnisse der LU
A. Steininger TU Vienna
Homework
Auseinandersetzung mit dem Artikel
T. Henzinger, J. Sifakis, The Discipline of Embedded
Systems Design, IEEE Computer, Oct 2007, pp 32 – 40
bis zum 10.5.
in Gruppen a 5 Personen
=> was sind die 3 “Key Messages” ?
5
A. Steininger TU Vienna
Hardware Software
CoDesign
Einführung
Optimierung
A. Steininger
Vorstellungen zur LVA
Was ist überhaupt HW/SW Codesign?
Was lerne ich in dieser LVA?
Wofür brauche ich das Wissen später?
7 A
A. Steininger TU Vienna
Was ist HW/SW Codesign?
paralleler Entwurf HW/SW



schneller
Bugs früher sichtbar
höherer Abstraktionsgrad
Partitionierung HW/SW

übergreifende Optimierung
Integration v. Systemen aus/mittels HW/SW


8
systematische Schnittstellendefinition
Komplexitätsbewältigung
A. Steininger TU Vienna
Embedded Systems: Challenges
„An exploding number of embedded reactive
heterogeneous components in mass-market products“
„Massive seamless integration of heterogeneous
components in a real-world environment“
„Building systems of guaranteed functionality and
quality at an acceptable cost is a major technological
and scientific challenge“
[Joseph Sifakis, Workshop on Strategies for Embedded Systems 2005]
9
A. Steininger TU Vienna
The Constraints
Dependability

safety, security, availability
[Joseph Sifakis,
Workshop on Strategies for Embedded
Systems 2005]
Autonomy

no humans in the loop
Low resource consumption

memory, power, energy
Physical constraints

weight size, heat dissipation, …
Market positioning

10
optimal cost/quality, time to market
A. Steininger TU Vienna
The System-Centric Approach
Joint Design (HW, SW,
Environment) to determine
cost / quality tradeoffs
Requires a combination of
competencies in SW, automation, networks, electronics,
man-machine interfaces
=> training, education
[Joseph Sifakis, Workshop on Strategies for
Embedded Systems 2005]
11
A. Steininger TU Vienna
The Current State
no unified theory to
predict the dynamic
properties of a SW
running on a given
execution platform
complex systems are
built through a succession of incremental
developments
exploding validation
costs
12
[Joseph Sifakis, Workshop on Strategies for
Embedded Systems 2005]
A. Steininger TU Vienna
Anwendungsbeispiele
Consumer-Products
unglaubliche Features
kleiner Preis, kleine Größe,
lange Akku-Lebensdauer
Mobiltelefonie
zusätzlich Mixed-Signal Design
Automotive
extreme Anforderungen
bezügl. Sicherheit & Preis
13
A. Steininger TU Vienna
Die Herausforderungen
Miniaturisierung

mixed signal, dynamische Rekonfiguration,
Energiebudget

Rekonfiguration, power management,…
Komplexität

Interfaces, formale Verifikation
Produktivität / Time to market

Abstraktionsebenen, Automatisierung
Fehlertoleranz
14
A. Steininger TU Vienna
Das zentrale Problem
globale Optimierung der Gesamtlösung


optimale SW + optimale HW ist zu wenig!
=> optimale Aufteilung (Partitioning) ist nötig
Abhängigkeit von den Randbedingungen
hier gibt es derzeit keinen Tool-Support





15
Tools optimieren nur HW bzw. SW allein
Problem ist extrem komplex (Lösungsraum!)
Wie formuliere ich Optimalität überhaupt?
Interfaces zwischen Tools ungeeignet
viele Entscheidungen (Partitioning!) trifft ein Entwickler aus
Erfahrung
A. Steininger TU Vienna
Ziel der VO + LU
Bewusst-Machen der Problematik
Analysieren der Trade-offs
Verständnis für den Optimierungsprozess,
dessen Kriterien und Randbedingungen
Vermitteln erster eigener Erfahrungen
Non-Target: Kennenlernen bestehender Tools
16
A. Steininger TU Vienna
Prinzip einer Optimierung
Mittels eines Algorithmus soll
eine Kostenfunktion minimiert oder
eine Nutzenfunktion maximiert werden
und zwar unter
Einhaltung von Randbedingungen
Als Voraussetzung müssen daher
Kosten / Nutzen meßbar und
alle Randbedingungen bekannt sein
17
A. Steininger TU Vienna
Erfassen der Eigenschaften
die relevante Eigenschaften müssen erfasst
werden


quantitativ, hinreichend genau
schon früh im Design Flow
Ist das realistisch möglich?

Tools erstellen Schätzungen auf Basis von


18
vereinfachten Modellen
Heuristiken
A. Steininger TU Vienna
Optimaler Tradeoff
Wie vergleicht man quantitativ




19
Speicherverbrauch
physikalische Größe
Performance
Preis
A. Steininger TU Vienna
Gegebene Plattform
Typisches Szenario


gegeben ist Prozessor
FPGA für Spezialfunktionen
=> SW
=> HW
Reales Problem



20
optimale Nutzung des vorh. Prozessors
(„Einsparen“ bringt keinen Gewinn!)
optimale Nutzung des FPGA
Es geht um ein „optimales“ Verschieben von
Tasks zwischen FPGA und Prozessor
A. Steininger TU Vienna
Diskussion  Vor-Auswahl
Wählen Sie für die folgende Diskussion einen
der Anwendungsbereiche (jede Gruppe eines)






21
Automotive
Telekom
Industrie-Automation
Raumfahrt
Multimedia (MP3, Camcorder,…)
Telebanking
A. Steininger TU Vienna
Diskussion Fragen
Welche Anforderungen an das Produkt
(= Embedded System, nicht Gesamtprodukt)
bestehen?



Was fällt in die Klasse „Kosten“/“Nutzen“ ?
Was fällt in die Klasse Randbedingung ?
Was ist speziell an Ihrem Anwendungsbereich?
Wie kann man sie zum Zeitpunkt des
Partitioning quantitativ erfassen?
22
A. Steininger TU Vienna