Áp dụng chiến lược chọn vùng và thuật toán NSGA2 cho ánh xạ các ứng dụng có thể điều chỉnh chất lượng lên nền tảng tái cấu hình NoC

Bài viết sử dụng một cách tiếp cận mới để giải quyết bài toán ánh xạ các ứng dụng có thể điều chỉnh mức chất lên nền tảng NoC có khả năng cấu hình lại được với ràng buộc tài nguyên mà vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ tổng thể tối đa cho các ứng dụng, đó là sự kết hợp giữa chiến lược chọn vùng gần lồi (near convex region) và thuật toán tiến hóa đa mục tiêu NSGA2. Kết quả mô phỏng chỉ ra rằng cách tiếp cận mới này cải thiện trung bình lên đến 36,11% chất lượng dịch vụ tổng thể so với một vài giải pháp đã tồn tại. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Áp dụng chiến lược chọn vùng và thuật toán NSGA2 cho ánh xạ các ứng dụng có thể điều chỉnh chất lượng lên nền tảng tái cấu hình NoC Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Số 38, 2019 ÁP DỤNG CHIẾN LƯỢC CHỌN VÙNG VÀ THUẬT TOÁN NSGA2 CHO ÁNH XẠ CÁC ỨNG DỤNG CÓ THỂ ĐIỀU CHỈNH CHẤT LƯỢNG LÊN NỀN TẢNG TÁI CẤU HÌNH NoC NGUYỄN VĂN CƯỜNG1, TRỊNH MINH THIÊN2 1 Trường Đại học Công nghiệp Tp.HCM, 2 Trường Đại học Phú Yên nguyenvancuong@iuh.edu.vn,, thientrinh1976@gmail.com Tóm tắt. Các hệ thống trên chip cấu hình lại được dựa trên FPGA và mạng trên chip (NoC: Network on Chip) là một xu hướng mới nhằm cung cấp hiệu năng cao, khả năng linh hoạt, cắt giảm chi phí và thời gian đưa sản phẩm ra thị trường cho các hệ thống nhúng. Bài toán ánh xạ các ứng dụng có thể điều chỉnh mức chất lượng lên nền tảng NoC cấu hình lại được không đồng nhất tại thời gian chạy với ràng buộc tài nguyên mà vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ tổng thể tối đa cho các ứng dụng là một thử thách lớn. Trong bài báo này, chúng tôi sử dụng một cách tiếp cận mới để giải quyết bài toán ánh xạ các ứng dụng có thể điều chỉnh mức chất lên nền tảng NoC có khả năng cấu hình lại được với ràng buộc tài nguyên mà vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ tổng thể tối đa cho các ứng dụng, đó là sự kết hợp giữa chiến lược chọn vùng gần lồi (near convex region) và thuật toán tiến hóa đa mục tiêu NSGA2. Kết quả mô phỏng chỉ ra rằng cách tiếp cận mới này cải thiện trung bình lên đến 36,11% chất lượng dịch vụ tổng thể so với một vài giải pháp đã tồn tại. Từ khóa. Mạng trên chip, FPGA, ánh xạ, vùng cấu hình lại được, mức chất lượng, NSGA2, vùng gần lồi. MAPPING OF QUALITY ADJUSTABLE APPLICATIONS ON NoC- BASED RECONFIGURABLE PLATFORMS USING REGION SELECTION STRATEGY AND NSGA2 ALGORITHM Abstract. Network on Chip (NoC) and FPGA-based reconfigurable Systems on Chip are a new trend to provide high performance, flexibility, reducing cost and time to market for the embedded systems. The problem of mapping quality adjustable applications onto heterogeneous NoC-based reconfigurable platforms at run-time with resource constraints while ensuring the maximum overall quality of service of the applications is a big challenge. In this paper, we use a new approach to solve the problem of mapping quality adjustable applications onto heterogeneous NoC-based dynamically reconfigurable platforms under resource constraints while ensuring the maximum overall quality of service (QoS) of the applications. That is a combine between near convex region selection strategy and the NSGA2 algorithm. Simulation results show that this new approach improves on average up to 36,11% of overall QoS in comparison with some existing solutions. Keywords. Network on Chip, FPGA, mapping, reconfigurable region, quality level, NSGA2, near covex region. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, các thiết bị nhúng đang trở nên quan trọng trong cuộc sống của chúng ta. Xu hướng triển khai nhiều ứng dụng và tích hợp nhiều tính năng lên chúng ngày càng gia tăng trong khi tài nguyên của chúng luôn bị giới hạn. Điều này đòi hỏi người thiết kế phải có những giải pháp linh hoạt và hiệu quả. Các FPGA hiện đại không ngừng tăng số lượng tài nguyên trên nó, giá thành tiếp tục giảm, các tính năng mới được tích hợp đặc biệt là khả năng cấu hình lại từng phần động. Do vậy, FPGA là một lựa chọn thích hợp để phát triển nhanh một nền tảng nhúng đa lõi linh hoạt và có hiệu năng cao. Theo hướng này, một số hệ thống nhúng dựa trên FPGA đã được phát triển để hỗ trợ cho các ứng dụng đa phương tiện và các ứng © 2019 Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ÁP DỤNG CHIẾN LƯỢC CHỌN VÙNG VÀ THUẬT TOÁN NSGA2 CHO ÁNH XẠ CÁC 63 ỨNG DỤNG CÓ THỂ ĐIỀU CHỈNH CHẤT LƯỢNG LÊN NỀN TẢNG TÁI CẤU HÌNH NoC dụng xử lý tín hiệu [1-5]. Các ứng dụng này thường yêu cầu cơ sở hạ tầng truyền thông hiệu năng cao và có khả năng xử lý dữ liệu nhanh. Nhằm cung cấp một cơ sở hạ tầng truyền thông hiệu năng cao để kết nối các phần tử xử lý (PE) khác nhau của một SoC phức tạp, mạng trên chip đã được đề xuất như là một giải pháp thay thế cho các kiến trúc truyền thống như Bus và kết nối điểm-điểm [6-7]. Ngoài ra, một nền tảng cấu hình lại không đồng nhất với sự linh hoạt của các bộ xử lý nhúng và hiệu quả tính toán của một số vùng cấu hình lại được dựa trên NoC đã chứng minh là có nhiều ưu điểm hơn so với các nền tảng đồng nhất [8-9]. Trong một nền tảng như vậy, các bộ xử lý nhúng thường được sử dụng để quản lý và thực hiện một số tác vụ có độ phức tạp thấp trong khi các vùng cấu hình lại trên FPGA được sử dụng để tăng tốc tính toán cho các tác vụ có độ phức tạp cao. Khả năng cấu hình động cho phép nền tảng FPGA thích nghi với các yêu cầu xử lý thay đổi của các ứng dụng. Ngoài ra, nhiều ứng dụng được thiết kế theo cách mà mức chất lượng của chúng có thể được điều chỉnh để phù hợp với khả năng xử lý của các nền tảng phần cứng. Do vậy, bài toán ánh xạ các ứng dụng có thể điều chỉnh mức chất lượng lên nền tảng tự cấu hình lại động dựa trên NoC không đồng nhất với ràng buộc tài nguyên trong khi vẫn đảm bảo QoS tổng thể tối đa cho các ứng dụng là bài toán cần được quan tâm nghiên cứu. Trong nghiên cứu trước [10], chúng tôi đã xây dựng bài toán ánh xạ nói trên và đề xuất một thuật toán tìm kiếm đầy đủ để giải quyết bài toán này. Tuy nhiên, giải pháp này chỉ thực hiện hiệu quả trong trường hợp nền tảng phần cứng có kích thước nhỏ, số lượng ứng dụng triển khai lên nó không lớn và số mức chất lượng trong mỗi ứng dụng nhỏ. Khi kích thước mạng tăng, kích thước của các ứng dụng lớn thì giải pháp này không còn phù hợp vì thời gian thực hiện thuật toán ánh xạ lớn. Để vượt qua giới hạn này, chúng tôi đề xuất một cách tiếp cận mới hiệu quả d ...