Software Synthesis for Energy-Constrained Hard Real-Time Embedded Systems

Abstract

A grande expansão do mercado de dispositivos digitais tem forçado empresas desenvolvedoras de sistemas embarcados em lidar com diversos desafios para prover sistemas complexos nesse nicho de mercado. Um dos desafios prominentes está relacionado ao consumo de energia, principalmente, devido aos seguintes fatores: (i) mobilidade; (ii) problemas ambientais; e (iii) o custo da energia. Como consequência, consideráveis esforços de pesquisa têm sido dedicados para a criação de técnicas voltadas para aumentar a economia de energia. Na última década, diversas técnicas foram desenvolvidas para reduzir o consumo de energia em sistemas embarcados. Muitos métodos lidam com gerenciamento dinâmico de energia (DPM), como, por exemplo, dynamic voltage scaling (DVS), cooperativamente com sistemas operacionais especializados, a fim de controlar o consumo de energia durante a execução do sistema. Entretanto, apesar da disponibilidade de muitos métodos de redução de consumo de energia, diversas questões estão em aberto, principalmente, no contexto de sistemas de tempo real crítico. Este trabalho propõe um método de síntese de software, o qual leva em consideração relação entre tarefas, overheads, restrições temporais e de energia. O método é composto por diversas atividades, as quais incluem: (i) medição; (ii) especificação; (iii) modelagem formal; (vi) escalonamento; e (v) geração de código. O método também é centrado no formalismo redes de Petri, o qual define uma base para geração precisa de escalas em tempo de projeto, adotando DVS para reduzir o consumo de energia. A partir de uma escala viável, um código customizado é gerado satisfazendo as restrições especificadas, e, dessa forma, garantindo previsibilidade em tempo de execução. Para lidar com a natureza estática das escalas geradas em tempo de projeto, um escalonador simples em tempo de execução é também proposto para melhorar o consumo de energia durante a execução do sistema. Diversos experimentos foram conduzidos, os quais demonstram a viabilidade da abordagem proposta para satisfazer restrições críticas de tempo e energia. Adicionalmente, um conjunto integrado de ferramentas foram desenvolvidas para automatizar algumas atividades do método de síntese de software proposto