IL2236 Arkitekturer för inbyggda mångkärniga system 7,5 hp

Embedded Many-Core Architectures

Lärandemål

Efter att ha studerat kursen ska studenterna kunna:

  • Beskriva och jämföra olika on-chip bussprotokoll och arbitreringsscheman.
  • Förklara och tilllämpa begrepp och designprinciper av onchip-nätverk såsom topologi, routing, flödeskontroll, deadlock/livelock och quality-of-service (QoS).
  • Beskriva och modellera on-chip pipelinade routrar, samt beskriva och jämföra processor-nätverks-gränssnitt.
  • Ställa upp och utföra, samt utvärdera resultat av nätverkssimuleringar med avseende på kvalitativa och kvantitativa egenskaper av nätverksprestanda med hjälp av teoretiska metoder och simuleringsmetoder.
  • Beskriva realtidsprinciper för nätverk i inbyggda system, förklara och jämföra tidstriggade och händelsetriggade protokoll i allmänhet och industriella protokoll såsom CAN, FlexRay och TTP i synnerhet.
  • Förklara och tillämpa analystekniker för värstafall-beteende angående kommunikationstiden i distribuerade inbyggda arkitekturer.

Kursens huvudsakliga innehåll

Kursen fokuserar på de kommunikationsproblem som uppstår vid design av mångkärniga on-chip och off-chip arkitekturer i distribuerade inbyggda system. Den lär ut grundläggande begrepp och principer om on-chip databussar och nätverk, och detaljer inom on-chip router och procssornätverksgränssnitt, nätverk quality-of-service (QoS) provisionering och prestanda utvärderingsmetod. Dessutom diskuteras realtidsnätverk och värsta fall beteende och kommunikationstidsanalys i inbyggda mångakärniga arkitekturer och introducerar industriella metoder såsom CAN, FlexRay och TTP.

Kursen består av tre moduler:

Modul I: Begrepp och principer

Denna modul introducerar olika arkitekturer för att lösa kommunkationsproblem i mångakärniga system. Begrepp och principer som on-chip bussar och on-chipnätverk presenteras. Särskilt kommer nätverkstopologi, routing och flödeskontroll, deadlock och livelock et cetera att behandlas.

Modul II: Design och utvärdering

Denna modul fokuserar på on-chip router och processornätverksgränssnitt, i termer av QoS egenskaper och Performance. Mikroarkitektur hos en klassisk pipelinad router kommer att studeras i detalj och nätverksgränssnitt för både MPI och delade minnesarkitekturer kommer att presenteras. Som en viktig komponent i nätverksdesign kommer QoS egenskaper hos olika konstruktionsalternativ undersökas. Dessutom kommer metoder för systematisk prestandautvärdering att introduceras.

Modul III. Distribuerade realtids arkitekturer

Denna modul studerar distribuerade mångakärnig system inom inbyggda miljöer såsom fordon och flygplan. Olika media-access protokoll för realtidsnätverk kommer att studeras, med särskilt fokus på industriella standarder såsom CAN, FlexRay och TTP. Analysmetoder för värstafall-beteende inom kommunikationstids presenteras också.

  • Utbildningsnivå

    Avancerad nivå
  • Huvudområde

    Elektroteknik
  • Betygsskala

    A, B, C, D, E, FX, F

Kurstillfällen/kursomgångar

VT20 för programstuderande

HT18 för programstuderande

Lärandemål

Efter att ha studerat kursen ska studenterna kunna:

  • Beskriva och jämföra olika on-chip bussprotokoll och arbitreringsscheman.
  • Förklara och tilllämpa begrepp och designprinciper av onchip-nätverk såsom topologi, routing, flödeskontroll, deadlock/livelock och quality-of-service (QoS).
  • Beskriva och modellera on-chip pipelinade routrar, samt beskriva och jämföra processor-nätverks-gränssnitt.
  • Ställa upp och utföra, samt utvärdera resultat av nätverkssimuleringar med avseende på kvalitativa och kvantitativa egenskaper av nätverksprestanda med hjälp av teoretiska metoder och simuleringsmetoder.
  • Beskriva realtidsprinciper för nätverk i inbyggda system, förklara och jämföra tidstriggade och händelsetriggade protokoll i allmänhet och industriella protokoll såsom CAN, FlexRay och TTP i synnerhet.
  • Förklara och tillämpa analystekniker för värstafall-beteende angående kommunikationstiden i distribuerade inbyggda arkitekturer.

Kursens huvudsakliga innehåll

Kursen fokuserar på de kommunikationsproblem som uppstår vid design av mångkärniga on-chip och off-chip arkitekturer i distribuerade inbyggda system. Den lär ut grundläggande begrepp och principer om on-chip databussar och nätverk, och detaljer inom on-chip router och procssornätverksgränssnitt, nätverk quality-of-service (QoS) provisionering och prestanda utvärderingsmetod. Dessutom diskuteras realtidsnätverk och värsta fall beteende och kommunikationstidsanalys i inbyggda mångakärniga arkitekturer och introducerar industriella metoder såsom CAN, FlexRay och TTP.

Kursen består av tre moduler:

Modul I: Begrepp och principer

Denna modul introducerar olika arkitekturer för att lösa kommunkationsproblem i mångakärniga system. Begrepp och principer som on-chip bussar och on-chipnätverk presenteras. Särskilt kommer nätverkstopologi, routing och flödeskontroll, deadlock och livelock et cetera att behandlas.

Modul II: Design och utvärdering

Denna modul fokuserar på on-chip router och processornätverksgränssnitt, i termer av QoS egenskaper och Performance. Mikroarkitektur hos en klassisk pipelinad router kommer att studeras i detalj och nätverksgränssnitt för både MPI och delade minnesarkitekturer kommer att presenteras. Som en viktig komponent i nätverksdesign kommer QoS egenskaper hos olika konstruktionsalternativ undersökas. Dessutom kommer metoder för systematisk prestandautvärdering att introduceras.

Modul III. Distribuerade realtids arkitekturer

Denna modul studerar distribuerade mångakärnig system inom inbyggda miljöer såsom fordon och flygplan. Olika media-access protokoll för realtidsnätverk kommer att studeras, med särskilt fokus på industriella standarder såsom CAN, FlexRay och TTP. Analysmetoder för värstafall-beteende inom kommunikationstids presenteras också.

Behörighet

  • Programmeringsskicklighet på ett språk, till exempel C/C++, Python, Java, eller SystemC (IL2206 Inbyggda System eller IL2452 Språk för system design).
  • Verilog/VHDL (till exempel IL2217 Digital konstruktion med HDL).

Litteratur

  • Willian J. Dally and Brian Towles, "Principles and Practices of Interconnection Networks". Morgan Kaufmann Publishers.
  • Hermann Kopetz. "Real-Time Systems: Design Principles for Distributed Embedded Applications". Springer.
  • Rekommenderade forskningsartiklar

Examination

  • ANN1 - Hemuppgifter, 3,0, betygsskala: P, F
  • TEN1 - Tentamen, 4,5, betygsskala: A, B, C, D, E, FX, F

Ges av

EECS/Elektronik och inbyggda system

Examinator

Zhonghai Lu <zhonghai@kth.se>

Övrig information

Kursen ges en gång per år. Läroböcker/kurslitteratur kan uppdateras efter behov.

Versionsinformation

Kursplan gäller från och med VT2019.
Examinationsinformation gäller från och med VT2019.