Mitigation of Hardware Interferences in Safety-Critical Multicore Systems

Le domaine des systèmes critiques fait face à une demande plus en plus prononcée de performance et d’efficacité énergétiques. Les processeurs multicoeurs sont de très bons candidats pour répondre à cette demande. Ces architectures permettent l’exécution de différentes applications en parallèle, sont plus efficaces en termes de consommation énergétique et apportent une meilleure redondance logicielle en permettant à plusieurs instances d’un même programme de s’exécuter en parallèle sur différents coeurs. Malgré ces avantages, les architectures multicoeurs apportent de nombreux défis par rapport au déterminisme d’exécutions ainsi que de l’analyse temporelle du système. De part les accès simultanés des différents coeurs aux ressources, une contention sur lesdites ressources ainsi que leurs comportements potentiellement non déterministes (arbitration, éviction de données, etc.) apparaissent. Ce phénomène, appelé interférences, est difficile, voire impossible, à prédire et son impact sur les temps d’exécution dépend fortement du matériel ainsi que des applications présentes dans le système. Les interférences empêchent l’analyse temporelles des applications, ce qui fait de l’utilisation des processeurs multicoeurs dans les systèmes critiques un réel défi. En effet, l’isolation correcte des ressources, l’analyse temporelle correcte ainsi que la certification de ces systèmes sont primordiales avant leur déploiement. Ainsi, il est primordial de mieux comprendre, contrôler ou supprimer les interférences dans le système.

Abstract

Safety-critical systems require more and more computational power while aiming to be more energy-efficient. Multicore processors are candidates of choice in this pursuit of efficiency. This type of architecture brings parallel computation, improves the system’s energy efficiency and allows greater redundancy by having multiple instances of the same program running on different cores. However, multicore architectures suffer from major drawbacks when it comes to timing determinism and analysis. Due to multiple cores accessing the same resources, contention and delay-introducing behaviors appear at run time. These phenomena, called interferences, are difficult or impossible to predict and their impact on the applications’ execution time highly depends on the hardware and the nature of the applications that concurrently run. The presence of interferences in the system prevents the timing analysis of applications. This raises many challenges for safety-critical systems where isolation between applications, timing analysis and certification are required before the system’s deployment. In this context, it is of primary importance to better understand, bound or remove interferences.