DE102015223714A1

DE102015223714A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln einer Laufzeit eines Programmcodes auf einem Mehrprozessorkernsystem

Info

Publication number: DE102015223714A1
Application number: DE102015223714.1A
Authority: DE
Inventors: Henning Classen; Jens Gladigau
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2017-06-01

Abstract

Verfahren (10) zum Ermitteln einer Laufzeit eines Programmcodes auf einem System mit zumindest einem ersten Prozessorkern, einem zweiten Prozessorkern und von den Prozessorkernen zumindest bereichsweise gemeinsam genutztem Speicher oder gemeinsam genutzter Datenübertragungsressourcen (zum Beispiel Bus, Cross-Bar, Network-on-Chip), gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – eine Basislaufzeit eines durch den ersten Prozessorkern auszuführenden Programmcodes auf dem System wird ermittelt (11), – zumindest für den ersten Prozessorkern wird ein statistischer Korrekturfaktor für die Basislaufzeit abhängig von einem den Programmcode speichernden Bereich des Speichers und einem Betriebszustand des zweiten Prozessorkernes ermittelt (12) und – ausgehend von der Basislaufzeit wird mittels des Korrekturfaktors die Laufzeit des Programmcodes geschätzt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Laufzeit eines Programmcodes auf einem System mit zumindest einem ersten Prozessorkern, einem zweiten Prozessorkern und von den Prozessorkernen zumindest bereichsweise gemeinsam genutztem Speicher oder gemeinsam genutzter Datenübertragungsressourcen (zum Beispiel Bus, Cross-Bar, Network-on-Chip). Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium.
Stand der Technik
In der Elektronik werden eingebettete Systeme zur Steuerung oder Regelung von Fahrzeugen, Maschinen, Anlagen oder sonstigen technischen Prozessen zusammenfassend als Steuergeräte (electronic control unit, electronic control module, ECU, ECM) bezeichnet. Die Größe bekannter Steuergeräte variiert je nach Komplexität seiner Aufgaben erheblich und reicht von Ein-Chip-Systemen (system on a chip, SoC) mit einem Mikrocontroller und integriertem Speicher bis hin zu Mehrprozessorkernsystemen (multi-core) mit gemeinsam genutztem Speicher (shared memory). Als Mehrkernprozessorsystem sind im vorliegenden Zusammenhang nicht nur Mehrprozessorsysteme im engeren Sinn zu verstehen, deren Hauptplatine mehrere unabhängig bestückte Prozessorsockel umfasst. Gemeint sind vielmehr auch Mehrkernprozessoren mit mehreren Hauptprozessorkernen in einem einzigen Chip.
Das dynamische Systemverhalten eines derartigen Steuergerätes nach dem Stand der Technik entzieht sich angesichts seiner Komplexität in der Regel einer theoretischen oder formelmäßigen Analyse. Zur Anwendung kommt stattdessen mitunter eine als Ablaufsimulation bezeichnete diskrete Rechnersimulation. In Betracht kommt insbesondere die sogenannte ereignisgesteuerte oder ereignisorientierte Simulation, bei welcher ein Ereignissystem nach statistisch oder zufällig bemessenen Zeitintervallen bestimmte Ereignisse (events) hervorruft, welche ihrerseits den jeweils folgenden Systemzustand bestimmen.
EP2851815A1 beschreibt eine Testeinrichtung zum Echtzeittest zumindest eines Teils eines virtuellen Steuergeräts mit einem Steuergerätecode, wobei die Testeinrichtung wenigstens einen Rechenkern ersten Typs mit einem ersten Instruktionssatz und wenigstens eine Simulationsumgebung zur Echtzeitsimulation der Umgebung des virtuellen Steuergeräts aufweist, und wobei die Simulationsumgebung und der Steuergerätecode mit wenigstens einem Rechenkern ersten Typs berechnet wird.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Ermitteln einer Laufzeit eines Programmcodes auf einem System mit zumindest einem ersten Prozessorkern, einem zweiten Prozessorkern und von den Prozessorkernen zumindest bereichsweise gemeinsam genutztem Speicher oder gemeinsam genutzter Datenübertragungsressourcen (zum Beispiel Bus, Cross-Bar, Network-on-Chip), eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.
Ein Vorzug dieser Lösung liegt in der vergleichsweise genauen und schnellen Schätzung der Laufzeit eines Programmcodes auf einem Mehrprozessorkernsystem, die neben Speicherzugriffen für Daten auch Speicherzugriffe für den auszuführenden Programmcode berücksichtigt, ohne die Anzahl der Ereignisse zu erhöhen; damit lassen sich genauere zeitliche Vorhersagen über das System, etwa einer Motorsteuerungssoftware auf dem Mehrprozessorkernsystem, erzielen.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Grundgedankens möglich. So kann vorgesehen sein, dass basierend auf den Zuständen aller Prozessorkerne des Systems (zum Beispiel „Kern 1 führt Code aus Flash-Bank A aus“, „Kern 2 ist untätig“ oder „Kern 3 führt Code aus lokalem Speicher aus“) die Laufzeit eines Programmcodes basierend auf statistischen Annahmen antizipiert wird. Diesem Ansatz liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die Ausführungszeit für zwei Prozessorkerne, die Programmcode aus derselben Flash-Bank ausführen, unter Umständen verlängert.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann vorgesehen sein, dass alle vorher antizipierten Laufzeiten überprüft und nötigenfalls angepasst werden, wenn sich der Zustand eines Prozessorkernes ändert. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt in akkurateren Schätzungsergebnissen bei geringem Mehraufwand, da es hierzu keiner zusätzlichen Ereignisse für die Schätzung bedarf.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
1 das Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 schematisch eine Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Ausführungsformen der Erfindung
1 illustriert den grundlegenden Ablauf eines Verfahrens (10) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Durch Messung (Benchmark), Berechnung oder Experteneinschätzung wird für jeden Kern eines Mehrkernprozessorsystems die Laufzeit eines gegebenen Programmcodes ermittelt (11). Berücksichtigung finden dabei einerseits der Speicherort der ausgeführten Software – zu denken ist etwa an einen lokalen Speicher des Kerns, globalen Direktzugriffsspeicher (random access memory, RAM) oder globalen Flash-Speicher – und andererseits die möglichen Zustände der anderen Kerne im System. In Betracht kommt beispielsweise, dass einer der übrigen Kerne des Systems untätig (idle) ist, Code aus seinem lokalem Speicher oder aus dem globalem RAM ausführt. Mit diesem Wissen wird für jeden Kern eine Tabelle erstellt (12), die ausgehend von einem Basiswert für die Laufzeit des Programmcodes – etwa die kürzeste Laufzeit bei Ausführung aus lokalem Speicher – Korrekturfaktoren für die Laufzeit abhängig von der Ausführung auf allen anderen Kernen enthält. Der Terminus „Korrekturfaktor“ ist dabei in einem methodischen und nicht etwa streng arithmetischen Wortsinn zu verstehen und umfasst jegliche statistische Größe oder Formel, die geeignet ist, den erwähnten Basiswert den gewonnenen Erwartungen oder Beobachtungen anzugleichen.

Man betrachte folgendes Beispiel für zwei Kerne A und B, die jeweils lokalen Speicher („LRAM A/B“) haben und sich über einen gemeinsamen Bus globalen RAM-Speicher („GRAM“) und globalen Flash-Speicher („FLASH“) teilen. Die Tabelle für Kern A gestaltet sich in diesem Szenario wie folgt:

Speicherbereich des durch Kern A auszuführenden Programmcodes	LRAM A	GRAM	FLASH
Kern B ist untätig	1	1	1
Kern B führt weiteren Programmcode aus LRAM B aus	1	1	1
Kern B führt weiteren Programmcode aus GRAM aus	1	1,1	1,05
Kern B führt weiteren Programmcode aus FLASH aus	1	1,05	1,3

Für jede auf dem Programmcode basierende Task ist ferner die Basis-Laufzeit bekannt. Als „Task“ ist dabei nicht zwingend lediglich ein Prozess im fachsprachlichen Wortsinn zu verstehen. Im vorliegenden Zusammenhang bezeichnet der Begriff vielmehr jedwede zusammenhängende Aufgabe aus Sicht des Betriebssystems, also beispielsweise auch die einzelnen Ausführungsstränge (threads) eines solchen Prozesses.
In der Laufzeitabschätzung (13) wird die obige Tabelle dann wie folgt genutzt: Wird eine Task gestartet, wird ein Ereignis für das voraussichtliche Ende der Task erstellt; dabei wird der Zustand aller Kerne im System und sämtliche Tabellen der obigen Form berücksichtigt, indem die Basis-Laufzeit mit dem Korrekturfaktor multipliziert wird. Es versteht sich, dass in einer alternativen Ausführungsform beispielsweise ein um 1 reduzierter Korrekturfaktor vorgehalten werden mag, der vor seiner Anwendung entsprechend inkrementiert wird, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Ändert sich etwa durch den Start oder das Ende einer Task der Zustand eines Kernes, werden die Ende-Zeiten für alle laufenden Tasks neu berechnet, indem die vormals erzeugten Ereignisse entweder gelöscht oder modifiziert werden.
Das Verfahren lässt sich entsprechend auf Mehrprozessorkernsysteme mit getrenntem Speicher, aber anderweitig gemeinsam genutzten Datenübertragungsressourcen (zum Beispiel Bus, Cross-Bar, Network-on-Chip) übertragen.
Das beschriebene Verfahren ist auf komplexere Systeme erweiterbar, in denen etwa der Zustand anderer Ressourcen als der Kerne Relevanz für die Laufzeit haben, beispielsweise Router in einen Network-on-Chip. Insbesondere sind auch andere Form des Erhalts von Korrekturfaktoren möglich als die in dem Beispiel aufgeführten Tabellen, zum Beispiel mathematische Formeln oder andere Formen von (statistischen) Modellen.
Dieses Verfahren (10) kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einer Arbeitsstation (20) implementiert sein, wie die schematische Darstellung der 2 verdeutlicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2851815 A1 [0004]

Claims

Verfahren (10) zum Ermitteln einer Laufzeit eines Programmcodes auf einem System mit zumindest einem ersten Prozessorkern, einem zweiten Prozessorkern und von den Prozessorkernen zumindest bereichsweise gemeinsam genutztem Speicher, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – eine Basislaufzeit eines durch den ersten Prozessorkern auszuführenden Programmcodes auf dem System wird ermittelt (11), – zumindest für den ersten Prozessorkern wird ein statistischer Korrekturfaktor für die Basislaufzeit abhängig von einem den Programmcode speichernden Bereich des Speichers und einem Betriebszustand des zweiten Prozessorkernes ermittelt (12) und – ausgehend von der Basislaufzeit wird mittels des Korrekturfaktors die Laufzeit des Programmcodes geschätzt (13).
Verfahren (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – zu einem Startzeitpunkt des Programmcodes wird anhand der geschätzten Laufzeit ein voraussichtlicher Endzeitpunkt des Programmcodes berechnet und – durch ein Ereignissystem wird ein zum Endzeitpunkt auszulösendes Ereignis hinterlegt.
Verfahren (10) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – wenn der Betriebszustand sich zwischen dem Startzeitpunkt und dem Endzeitpunkt ändert, wird der Korrekturfaktor abhängig von dem geänderten Betriebszustand neu ermittelt (12) und – mittels des neuen Korrekturfaktors wird eine Restlaufzeit des Programmcodes geschätzt.
Verfahren (10) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – anhand der geschätzten Restlaufzeit wird der Endzeitpunkt neuberechnet und – durch das Ereignissystem wird das Ereignis dem neuen Endzeitpunkt angepasst.
Verfahren (10) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale: – das Ereignis wird angepasst, indem das Ereignis gelöscht und neu hinterlegt wird oder – das Ereignis wird angepasst, indem das Ereignis entsprechend dem neuen Endzeitpunkt modifiziert wird.
Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale: – die Basislaufzeit wird durch eine Messung ermittelt (11), – die Basislaufzeit wird durch eine Berechnung ermittelt (11) oder – die Basislaufzeit wird durch eine Experteneinschätzung ermittelt (11).
Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – der Betriebszustand ist durch Zustände der Prozessorkerne und eine Quelle des auszuführenden weiteren Programmcode bestimmt und – während des Schätzens (13) wird der Korrekturfaktor im Wesentlichen für jeden Prozessorkern, jeden Bereich des Speichers und jeden Betriebszustand geeignet vorgehalten und bedarfsweise abgerufen oder berechnet.
Computerprogramm, welches eingerichtet ist, das Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 8 gespeichert ist.
Vorrichtung (20), die eingerichtet ist, das Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.