�rea Cient�fica: Informática Industrial
Desenvolvimento de um uKernel SMP de Tempo-Real para plataformas ARM
Publicada a 2015-01-21
Aluno: Raphael Gomes Gonçalves       N�mero: 58654       Email: a58654@alunos.uminho.pt
Data in�cio: 01/09/2014   

Orientador(es):
Nome: Adriano José C. Tavares
Email: atavares@dei.uminho.pt   

Descri��o:

Vivemos numa era onde a aposta na tecnologia multicore é cada vez maior. Motivado pelo facto das arquiteturas single-core terem atingido o limite da viabilidade do aumento do desempenho à custa do aumento da frequência de funcionamento, tornou-se portanto inevitável a migração para as arquiteturas multicore. Naturalmente, esta também atingiu os dispositivos embebidos, que cada vez mais procuram incluir novas e mais complexas funcionalidades e simultaneamente reduzir o consumo energético.
Contudo, o desenvolvimento de software (bare-metal) para este tipo de arquiteturas não é uma tarefa simples, muito porque a mudança de paradigma sequencial para paralelo não é trivial. Garantir requisitos como o time-to-market torna-se essencial num mercado cada vez mais competitivo, e por isso, tipicamente, recorre-se à utilização de sistemas operativos para simplificar e acelerar o desenvolvimento das aplicações. Os sistemas operativos que suportam multicore seguem sobretudo duas filosofias: AMP (Asymmetric Multiprocessing) e SMP (Symmetric Multiprocessing). A primeira abordagem caracteriza-se por apresentar um enorme overhead de memória, já que consiste na replicação da imagem do kernel pelos diferentes cores. Por sua vez, a segunda abordagem, como requer a inclusão de sincronismo no acesso aos recursos partilhados, pode comprometer o cariz de tempo-real do sistema.
Neste sentido, a presente dissertação consiste no desenvolvimento de um sistema operativo de tempo-real (RTOS) baseado em microkernel e com suporte SMP. O conjunto de funcionalidades obrigatórias (escalonador, gestor de tarefas, gestor de temporização, gestor de memória, mecanismos de comunicação e sincronização) de um RTOS será implementado a partir da análise de três soluções existentes de referência (FreeRTOS, uC-OS/II, uTKernel). O suporte SMP será cuidadosamente desenhado para minimizar a necessidade de sincronismo, bem como garantir a escalabilidade da solução.


Objectivos:

A presente dissertação se propõem ao desenvolvimento de um sistema operativos de tempo-real (RTOS) com suporte a SMP para arquiteturas AMR multicore. Os objetivos que se pretende atingir são os seguintes:
- Desenvolver e caracterizar o RTOS para single-core. A implementação terá que conter os serviços mínimos requeridos pelo microkernel (gestor de tarefas, gestor de memória, gestor de temporização, escalonador e mecanismo de comunicação e sincronização);
- O segundo objetivo passa extensão do RTOS para suporte SMP. Esta terá que apresentar o menor footprint de memória e o melhor mecanismo de sincronização permitindo assim reduzir o overhead do sistema.
- O terceiro objetivo passa pela avaliação/caracterização final do RTOS.
- O objetivo final, passa criação de um device driver para o demonstrador final.


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