Loading...

Joint Energy and Reliability Management in Mixed-Criticality System

Safari, Sepideh | 2021

1149 Viewed
  1. Type of Document: Ph.D. Dissertation
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 54364 (19)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Computer Engineering
  6. Advisor(s): Hessabi, Shaahin
  7. Abstract:
  8. The advancement of Cyber-physical Systems (CPSs) has attracted attention to Mixed-Criticality Systems (MCSs), both in research and industrial designs. Mixed-criticality systems (MCSs) integrate different types of functionalities with varying levels of criticality onto the shared computing platform. The scheduling algorithms for MCSs must guarantee that all high criticality tasks are completed by their deadlines in different operation modes of the system. In addition to certification, as multi-core platforms are becoming a dominant trend in designing MCSs, simultaneous energy and reliability management, and Quality of Service (QoS) are other significant challenges in designing MCSs. Indeed, the availability of multiple cores on a single chip provides opportunities to employ fault-tolerant techniques, such as replication, standby-sparing, N modular redundancy, etc. However, applying fault-tolerant techniques will increase the power/energy consumption on the chip. Among the energy management techniques that can be used, system-level techniques are more preferable, since they do not modify hardware and also can be applied to larger parts of the system. However, applying energy management techniques such as Dynamic Voltage and Frequency Scaling (DVFS), and Dynamic Power Management (DPM) might not only lead to suspending low-criticality tasks, but also it might lead to violating timing constraints of high-criticality tasks. Moreover, exploiting energy management techniques such as DVFS potentially degrade the system’s reliability. Another growing challenge in designing MCSs is the QoS of low-criticality tasks. Most existing MC scheduling algorithms guarantee the timely executions of high-criticality tasks at the expense of discarding low-criticality tasks, which can cause serious service interruption for such tasks. As a step towards solving the above challenges, this dissertation proposes scheduling policies that simultaneously manage energy consumption (by applying different system-level energy management techniques) and reliability (by exploiting various fault-tolerant techniques) for different task models on multicore MCSs. Also, the proposed policies satisfy the certification of high-criticality tasks in all system’s operation modes and guarantee an acceptable service level for low-criticality tasks
  9. Keywords:
  10. Mixed Criticality ; Fault Tolerance ; Energy Management ; Mixed-Criticality Emdedded Systems ; Multi-Core Platforms ; Energy Consumption Reduction

 Digital Object List

 Bookmark

  • 1- مقدمه
    • 1-1- ساختار این نوشتار
  • 2- آشنایی با مفاهیم پایه و مدل سامانه
    • 2-1- سامانههای نهفته
      • 2-1-1- سامانههای نهفتهی بحرانی-مختلط
    • 2-2- مدل وظایف در سامانههای نهفتهی بحرانی-مختلط
    • 2-3- مدل قابلیت اطمینان و تحملپذیری اشکال در سامانههای نهفته
      • 2-3-1- افزونگی سختافزاری
      • 2-3-2- افزونگی زمانی
      • 2-3-3- افزونگی نرمافزاری
      • 2-3-4- افزونگی اطلاعات
    • 2-4- مدل توان و انرژی مصرفی
    • 2-5- مدیریت مصرف انرژی در سامانههای نهفته
      • 2-5-1- روش تنظیم پویای ولتاژ و فرکانس تغذیه (DVFS)
      • 2-5-2- روش مدیریت پویای توان (DPM)
      • 2-5-3- تنظیم وفقی ولتاژ بدنه (ABB)
    • 2-6- چالشهای طراحی سامانههای نهفتهی بحرانی-مختلط
      • 2-6-1- سطح کیفیت خدمات در وظایف با درجهی بحرانی کم
  • 3- کارهای پیشین
    • 3-1- نگاشت و زمان‌بندی وظایف در سامانههای بحرانی-مختلط
    • 3-2- تحملپذیری اشکال در سامانههای بحرانی-مختلط
    • 3-3- مدیریت مصرف انرژی، توان و دما در سامانههای بحرانی-مختلط
    • 3-4- مدیریت تؤامان توان/انرژی، دما و تحملپذیری اشکال در سامانههای بحرانی-مختلط
  • 4- روشهای پیشنهادی
    • 4-1- زمان‌بندی آگاه از انرژی برای سامانههای بحرانی-مختلط چندهستهای تحملپذیر اشکال با استخراج سطح تضمینشدهای از کیفیت خدمات
      • 4-1-1- مدل سامانه
      • 4-1-2- مدل کاربردها و پردازنده
      • 4-1-3- مدل توان و انرژی مصرفی
      • 4-1-4- مدل اشکال و تحلیل قابلیت اطمینان
      • 4-1-5- مدل حالتهای عملیاتی سامانه
      • 4-1-6- شمای کلی روش LETR-MC
      • 4-1-7- نگاشت وظایف
      • 4-1-8- تابع استخراج سطح تضمینشدهی کیفیت خدمات برای وظایف با درجهی بحرانی کم
      • 4-1-9- تحلیل تابع کران تقاضا
      • 4-1-10- الگوریتم زمان‌بندی روش LETR-MC
      • 4-1-11- مثال روشنساز از روش LETR-MC
      • 4-1-12- مدیریت انرژی مصرفی روش LETR-MC
        • 4-1-12-1- مدلسازی مسئلهی کمینه کردن انرژی در روش LETR-MC
        • 4-1-12-2- روش مکاشفهای پیشنهادی برای کاهش انرژی مصرفی روش LETR-MC
      • 4-1-13- نتایج شبیهسازی روش پیشنهادی LETR-MC
        • 4-1-13-1- ارزیابی نتایج
    • 4-2- رزرو-آمادهباش با انرژی مصرفی کم در سامانههای بحرانی-مختلط
      • 4-2-1- مدل وظایف و سامانه
      • 4-2-2- مدل قابلیت اطمینان و انرژی مصرفی
      • 4-2-3- سیاست زمان‌بندی سامانه
        • 4-2-3-1- سیاست تقلیل و توازی برای افزایش قابلیت زمان‌بندی و تضمین سطح کیفیت خدمات وظایف با درجهی بحرانی کم
      • 4-2-4- مثال روشنگری از نحوهی زمان‌بندی گراف وظایف با در نظر گرفتن قیود قابلیت زمان‌بندی، انرژی مصرفی و سطح کیفیت خدمات
      • 4-2-5- روش مدیریت انرژی
        • 4-2-5-1- مدلسازی مسئلهی کمینه کردن انرژی در روش LESS-MICS
        • 4-2-5-2- روش مکاشفهای کاهش انرژی مصرفی روش LESS-MICS
      • 4-2-6- نتایج شبیهسازی روش LESS-MICS
    • 4-3- تحملپذیری اشکالات دائمی در سامانههای بحرانی-مختلط
    • 4-4- زمانبندی آگاه از دما در سامانه‌های بحرانی-مختلط تحملپذیر اشکال TherMa-MiCs
      • 4-4-1- مثال انگیزشی
      • 4-4-2- مدل سامانه
        • 4-4-2-1- مدل سختافزار و توان مصرفی
        • 4-4-2-2- مدل قابلیت اطمینان و تحملپذیری اشکال
        • 4-4-2-3- مدل وظایف
        • 4-4-2-4- مدل دما
      • 4-4-3- تعریف مسئله
      • 4-4-4- شمای کلی روش پیشنهادی TherMa-MiCs
      • 4-4-5- مثال روشنساز
        • 4-4-5-1- تضمین قابلیت اطمینان و تحملپذیری اشکال
        • 4-4-5-2- حداکثر تعداد هستههای امن همزمان فعال (190F MSSAC)
        • 4-4-5-3- آخرین زمان شروع امن193F (LSST)
        • 4-4-5-4- زمان‌بندی اصلی با رعایت قیود MSSAC و LSST
        • 4-4-5-5- زمان‌بندی مرحلهی برخط
      • 4-4-6- ارزشیابی نتایج
        • 4-4-6-1- ابزارها، شبیهسازها و بستههای محک
        • 4-4-6-2- معرفی روشهای پیشنهادی مقایسه شده
        • 4-4-6-3- ارزیابی امکانپذیری سامانه
        • 4-4-6-4- ارزیابی دما
        • 4-4-6-5- ارزیابی قابلیت اطمینان
        • 4-4-6-6- ارزیابی کیفیت خدمات
    • 4-5- مدیریت دمای آگاه به قابلیت اطمینان در سامانههای بحرانی-مختلط چندهستهای (ReTMiC)
    • 4-6- مدیریت انرژی در سامانههای بحرانی-مختلط چندسطحی آگاه به قابلیت اطمینان
  • 5- نتیجهگیری و کارهای آتی
    • فهرست مراجع
...see more