Entwicklung integrierter HW/SW-Systeme Integrierte Hard ... – Was sind die Vor - und Nachteile

  • View
    212

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Entwicklung integrierter HW/SW-Systeme Integrierte Hard ... – Was sind die Vor -...

  • Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated HW/SW Systems Group

    Self-Organization 02 February 2015

    1

    Integrated Communication Systems Group http://www.tu-ilmenau.de/ics/

    IHS2 Seminar 27. Januar 2013

    Entwicklung integrierter HW/SW-Systeme Integrierte Hard- und Softwaresysteme 2

    Seminar

    Jorge Meza jorge.meza@tu-ilmenau.de Zusebau R2082, Tel: -4128

  • Integrated Communication Systems Group http://www.tu-ilmenau.de/ics/

    IHS2 Seminar 03. Februar 2015

    2

    Inhalt des Seminars

    • EvaSys Umfrage

    • Leistungsbewertung – Verteilung von Tasks auf Prozessoren

    • Listschedulingverfahren HLFET

    • Iterative Optimierungsverfahren – Hill Climbing – Genetische Algorithmen

  • Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated HW/SW Systems Group

    Self-Organization 02 February 2015

    3

    Integrated Communication Systems Group http://www.tu-ilmenau.de/ics/

    IHS2 Seminar 27. Januar 2013

    Leistungsbewertung

  • Integrated Communication Systems Group http://www.tu-ilmenau.de/ics/

    IHS2 Seminar 03. Februar 2015

    4

    Leistungsbewertung

    • Qualität eines Entwurfs bzgl. Zeit- und Leistungsaspekten abzuschätzen

    – Antwortzeit (Latenz): Zeitintervall zwischen einem Service-Request und der entsprechenden Antwort

    – Auslastung: Nutzungsgrad einer Ressource in einem bestimmten Zeitraum

    • Notwendig für: – Validierung und Verifikation der Leistungsanforderungen des Systems – Festlegung und Optimierung des zu entwickelnden Systems

    • Heute:

    – Modellbasierte Bewertung • Modell: Taskgraph • Methode: Diskrete ereignisorientierte Simulation • Leistungskriterien: Antwortzeit und Ressourcenauslastung

  • Integrated Communication Systems Group http://www.tu-ilmenau.de/ics/

    IHS2 Seminar 03. Februar 2015

    5

    Aufgaben – Ereignisorientierte Simulation

    2. Scheduling: Listschedulingverfahren HLFET 2.1. Ordnen Sie die Aufgaben zwei Prozessoren zu, so dass die

    gesamte Ausführungszeit möglichst minimal wird.

    Berechnen Sie die Auslastung der Prozessoren, sowie die Antwortzeit von Task F. Werden die Anforderungen erfüllt? Deadline für Abarbeitung von F < 12 Zeiteinheiten. Auslastung > 60%

    • Highest Level First with Estimated Times (HLFET) – Ziel: Festlegung der Task-Prioritäten!! – Schritte:

    1. Berechnung des längsten Pfades (Level) aller Knoten. Das ist als die maximale Ausführungszeit vom Knoten X bis zum Exit-Knoten K definiert.

    2. Festlegung von Prioritäten für alle Knoten. Der berechnete Level ist der Prioritätswert eines Knotens. Ein höherer Wert entspricht einer höheren Priorität.

    A

    E

    C D B

    F

    G

    H

    I J

    K

  • Integrated Communication Systems Group http://www.tu-ilmenau.de/ics/

    IHS2 Seminar 03. Februar 2015

    6

    Aufgaben – Ereignisorientierte Simulation

    • Auslastung

    • Ausführungszeiten – A: 3, B: 2, C: 4, D: 1 – E: 2, F: 7, G: 3, H: 4 – I: 1, J: 3, K: 2

    A

    E

    C D B

    F

    G

    H

    I J

    K

  • Integrated Communication Systems Group http://www.tu-ilmenau.de/ics/

    IHS2 Seminar 03. Februar 2015

    7

    Aufgaben – Ereignisorientierte Simulation

    A

    E

    C D B

    F

    G

    H

    I J

    K

    Aufgabe 2.1.: • ____ Einheiten gesamte Abarbeitungszeit

    • Antwortzeit von Task F: ____ Einheiten • Auslastung der Prozessoren (in % bzw. als Bruch)

    • Beide Prozessoren zusammen: ____ • Prozessor 1: ____ • Prozessor 2: ____

    Task A B C D E F G H I J K

    Level

    Task

    Priorität

    P1

    P2

  • Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated HW/SW Systems Group

    Self-Organization 02 February 2015

    8

    Integrated Communication Systems Group http://www.tu-ilmenau.de/ics/

    IHS2 Seminar 27. Januar 2013

    Iterative Optimierungsverfahren

  • Integrated Communication Systems Group http://www.tu-ilmenau.de/ics/

    IHS2 Seminar 03. Februar 2015

    9

    Scheduling und Mapping Probleme

    Bisher betrachtet (DFGs) – Ohne Ressourcenbeschränkungen (ASAP/ALAP) – Angegebene Anzahl von Ressourcen

    Komplexe Probleme – Größere Anzahl von Knoten – Mit Latenz- und Ressourcenbeschränkungen – Betrachtung mehrerer Constraints (Fläche, Latenz, Stromverbrauch…)

    Die Berechnung einer optimalen Lösung kann in polynomieller Zeit nicht gelöst werden!!!!  Heuristische Optimierungsverfahren

     Single-pass Verfahren (HLFTC)  Iterative Verfahren (Hill Climbing, Genetische Algorithmen)

  • Integrated Communication Systems Group http://www.tu-ilmenau.de/ics/

    IHS2 Seminar 03. Februar 2015

    10

    Hill Climbing

    • Idee – Durchsuchung der Nachbarschaft der Lösung nach besseren Lösungen – Wahl der besten benachbarten Lösung

    • Rein-lokale Optimierung

    – Algorithmus ist nicht in der Lage ein leistungsmäßiges Tal zu durchschreiten um zu einem neuen Gipfel zu gelangen

    – Typischerweise durch weitere Strategien ergänzt um lokale Maxima zu überwinden

    • Implementierung

    – Einfach zu implementieren – Geringe Nutzung von Speicherressourcen

  • Integrated Communication Systems Group http://www.tu-ilmenau.de/ics/

    IHS2 Seminar 03. Februar 2015

    11

    Hill Climbing

    Wie wird die Initiale Lösung ausgewählt? Wie werden benachbarte Lösungen erzeugt? Wie wird die Qualität einer Lösung bewertet?

  • Integrated Communication Systems Group http://www.tu-ilmenau.de/ics/

    IHS2 Seminar 03. Februar 2015

    12

    Hill Climbing (Aufgabe)

    • N-Damenproblem – Ziel: Es sollen jeweils N Damen auf einem N x N Schachbrett so aufgestellt

    werden, dass keine zwei Damen einander nach den Schachregeln schlagen können. (Figurenfarbe wird ignoriert)

    – Lösen Sie das Problem mittels Hill Climbing für N=4.

    • Fragen – Wie wird die Initiale Lösung ausgewählt? – Wie werden benachbarte Lösungen erzeugt? – Wie wird die Qualität einer benachbarten Lösung bewertet?

  • Integrated Communication Systems Group http://www.tu-ilmenau.de/ics/

    IHS2 Seminar 03. Februar 2015

    13

    Hill Climbing (Aufgabe) K= K= K=

    K=

    K=

    K= K= K=

  • Integrated Communication Systems Group http://www.tu-ilmenau.de/ics/

    IHS2 Seminar 03. Februar 2015

    14

    Genetische Algorithmen (GA)

    • An die Evolutionstheorie angelehnt – Individuen passen sich an die Umwelt an. Die besten überleben – Optimierungsvorgang, der von Generation zu Generation fortschreitet

    • GA arbeiten auf Mengen von Individuen (Population) – Neue Populationen werden iterativ generiert – Mehrere Lösungen können gleichzeitig abgearbeitet werden

    • Bildung von Individuen durch zwei Operationen – Crossover (Kombination der ausgewählten Individuen) – Mutation (Zufällige Veränderung der Nachfahren)

    • Andere Operationen – Auswahlstrategie (Auswahl von Individuen aus der Population) – Ersetzungsstrategie (Ersetzung von Individuen der alten Population) – Terminierungsstrategie (Anzahl an Iterationen)

  • Integrated Communication Systems Group http://www.tu-ilmenau.de/ics/

    IHS2 Seminar 03. Februar 2015

    15

    Genetische Algorithmen

  • Integrated Communication Systems Group http://www.tu-ilmenau.de/ics/

    IHS2 Seminar 03. Februar 2015

    16

    Genetische Algorithmen – Beispiel 1

    • Funktion y = x • Ziel: Minimum der Funktion

    • Population: • 4 Individuen

    • Format der Population (Kodierung der Individuen): • Bitstring 0.4.2 (Kein Vorzeichen, 4 Vorkommastellen, 2 Nachkommast.)

    z.B. 1,5: 0001 10 z.B. 3,75: 0011 11

    • Startpopulation 0011 00  3,00 1001 01  9,25 1000 11  8,75 0010 10  2,50

  • Integrated Communication Systems Group http://www.tu-ilmenau.de/ics/

    IHS2 Seminar 03. Februar 2015

    17

    Genetische Algorithmen – Beispiel 1

    • Auswahlstrategie – Zufällige Auswahl von zwei Individuen (Elternteile)

    • Crossover – An Stelle des Kommas (nach 4 Bit von links gezählt) – Gleiche Teile tauschen (NICHT Vorkomma- mit Nachkommastellen)

    • Mutation – Ein zufälliges Bit aussuchen und invertieren (nach Crossover)

    • Ersetzungsstrategie – Nach der Berechnung von zwei Kindern, wird das schlechteste Elternteil durch

    das beste Kind ersetzt

    • Terminierungsstrategie – nach 3 Iterationen

    Die Operationen können auch anders festgelegt werden. Die hier gewählten ‚Einstellungen‘ sind nur eine von vielen Möglichkeiten!!!!

  • Integrated Communication Systems Group http://www.tu-ilmenau.de/ics/

    IHS2 Seminar