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Índice Objetivos XtratuM ORK+ Adaptación del sistema operativo ORK+ Evaluación Conclusiones ORK+/XtratuM - PFC - A. Esquinas2.

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2 Índice Objetivos XtratuM ORK+ Adaptación del sistema operativo ORK+ Evaluación Conclusiones ORK+/XtratuM - PFC - A. Esquinas2

3 Sistemas Particionados Los sistemas particionados permiten la ejecución de distintas aplicaciones con distintos niveles de criticidad en la misma plataforma. Las aplicaciones ejecutan en particiones que aseguran aislamiento espacial y temporal. Los sistemas particionados son usados en el sector aeronáutico bajo el concepto IMA (Integrated Modular Avionics). ORK+/XtratuM - PFC - A. Esquinas3

4 Virtualización Virtualización es la creación de una versión virtual de algún recurso tecnológico, como puede ser una plataforma de hardware, un dispositivo de almacenamiento u otros recursos. Una maquina virtual es una abstracción del computador que se requiere. Virtualización completa: visión completa de todo el computador. Virtualización parcial: la visión es solo de una parte de la plataforma. posible declaración de una API (paravirtualización). Un hipervisor (o monitor de maquina virtual, VMM) es una plataforma que aplica diversas técnicas de control de virtualización para utilizar diferentes sistemas operativos en una misma computadora. ORK+/XtratuM - PFC - A. Esquinas4

5 Objetivos ORK+/XtratuM - PFC - A. Esquinas5

6 XtratuM Hipervisor de código libre diseñado para satisfacer requisitos de tiempo real en sistema empotrados. Paravirtualizado. Ofrece una API para acceder a los servicios virtualizados. Ofrece aislamiento temporal y aislamiento espacial fuerte entre particiones. Sistema de comunicación entre particiones. Particiones del sistema. Servicios restringidos a particiones en modo normal. Desarrollado por la Universidad Politécnica de Valencia (UPV) ORK+/XtratuM - PFC - A. Esquinas6

7 ORK+ ORK+ es un sistema operativo de tiempo real, de tamaño reducido y alto rendimiento. Proporciona soporte restringido de tareas. Implementa el perfil de Ravenscar. Salvo dos excepciones: Temporizadores de tiempo de ejecución Cuotas de tiempo para grupos de tareas. Soporta aplicaciones escritas en Ada 2005 que cumplan las restricciones impuestas por el perfil de Ravenscar. Desarrollado por la Universidad Politécnica de Madrid. Bajo licencia de código libre. ORK+/XtratuM - PFC - A. Esquinas7

8 Adaptación de ORK+ Integración ORK+ en GNAT Integración ORK+/XtratuM en GNAT ORK+/XtratuM - PFC - A. Esquinas8

9 Arq. software ORK+ ORK+/XtratuM - PFC - A. Esquinas9

10 Arq. software ORK+/XtratuM ORK+/XtratuM - PFC - A. Esquinas10

11 Adaptación de ORK+ Interfaz con XtratuM: XtratuM proporciona un API para el lenguaje C. Uso de Pragma Import para definir usar las funciones desde el lenguaje Ada. Creación de un paquete de adaptación de la API: System.BB.XtratuM. Modifica la capa mas cercana al hardware. Rutinas de bajo nivel. Capa de abstracción de hardware en Ada. ORK+/XtratuM - PFC - A. Esquinas11

12 Cambio de Contexto Rutina de bajo nivel. Escrita en lenguaje ensamblador. Necesario guardar el contexto de la tarea saliente y recuperar el de la tarea entrante. Ventana de registros utilizadas. Registros globales. Registro de estado del procesador. Contador de programa Registro Y. Registros de coma flotante. XtratuM virtualiza el control sobre la ventanas de registros menos la actual. Además del registro de estado. Necesario utilizar los servicios proporcionados desde la rutina de cambio de contexto. ORK+/XtratuM - PFC - A. Esquinas12

13 Cambio de Contexto XtratuM virtualiza el control sobre la ventanas de registros menos la actual. Además del registro de estado. Necesario utilizar los servicios proporcionados desde la rutina de cambio de contexto. ORK+/XtratuM - PFC - A. Esquinas13

14 Temporización En los sistemas particionados aparece el concepto de Tiempo de Partición. El reloj de tiempo de partición solo avanza cuando la partición esta en ejecución. Un reloj por partición. ORK+/XtratuM - PFC - A. Esquinas14

15 Temporización Se utilizan los relojes proporcionados por XtratuM a través de su API. Utilización del tiempo de partición para controlar los relojes de tiempo de partición y las cuotas de grupo. Utilización del reloj de tiempo absoluto para sentencias delay until y eventos temporizados. ORK+/XtratuM - PFC - A. Esquinas15

16 Temporización ORK+/XtratuM - PFC - A. Esquinas16

17 Manejo de Interrupciones XtratuM virtualiza todos los traps a cada partición. Interrupciones y excepciones. XtratuM utiliza la tabla de traps de cada partición de la misma forma que lo haría el procesador LEON2. El registro base de la tabla de traps es virtualizado por XtratuM a cada partición. Añade un total de 32 interrupciones nuevas. Llamadas interrupciones virtuales. Los vectores de traps de las nuevas interrupciones van a continuación de la tabla de traps definida para el procesador LEON2. ORK+/XtratuM - PFC - A. Esquinas17

18 Manejo de Interrupciones ORK+/XtratuM - PFC - A. Esquinas18

19 Sistema de compilación ORK+/XtratuM - PFC - A. Esquinas19

20 Evaluación El principal problema de ejecutar sobre un sistema particionado es la posible pérdida de rendimiento. Sobrecarga producida por el hipervisor: Cambios de partición. Virtualización de interrupciones. Uso de hiperllamadas. Ejemplo: Acceder al registro de estado (PSR). ORK+/XtratuM - PFC - A. Esquinas20

21 Caso de prueba Medición de la sobrecarga introducida por la ejecución de la prueba sobre la nueva plataforma y la plataforma original. Utilización de medidas indirectas. Las medidas se obtienen de los resultados de las prueba. No intrusiva. La prueba consiste en medir la perdida de rendimiento de una tarea que ejecuta una carga de trabajo. Hay otra tarea que introduce la perturbación. Se usa una tercera que recoge las medidas. ORK+/XtratuM - PFC - A. Esquinas21

22 Descripción del escenario Lector: Prioridad alta. Periódicamente obtiene el valor del contador y lo almacena. Perturbación: Tarea periódica con prioridad media. El intervalo de interrupción es modificado para que interrumpa n veces. Carga de trabajo: Baja prioridad. Continuamente incrementa un contador. ORK+/XtratuM - PFC - A. Esquinas22

23 Resultados Periodo Tarea Periodica (ms) Media Maximo Min Direrencia Diff (PR1) 0,00% 0,05%0,11%0,56%1,12%5,55% ORK+ sobre procesador Leon2 Periodo Tarea Periodica (ms) Media Maximo Min Direrencia Dif. (PR2) 0,00%0,02%0,22%0,46%2,42%4,87%24,43% Dif. ejecución nativa (PR3) 0,02%0,03%0,19%0,38%1,89%3,80%20,00% Ork+ sobre el hypervisor Xtratum ORK+/XtratuM - PFC - A. Esquinas23

24 Resultados ORK+/XtratuM - PFC - A. Esquinas24

25 Conclusiones Combinando ORK+ con XtratuM se pone a disposición una plataforma software completamente funcional que permite la ejecución de aplicaciones de tiempo real escritas en Ada, con distintos niveles de criticidad, sobre la misma plataforma hardware. Siguiendo el concepto IMA. Una plataforma gratuita, y de código libre, con la que poder familiarizarse e investigar en entornos universitarios, y que posibilita el uso de sistemas particionados en proyectos de código libre. El comportamiento temporal de las aplicaciones que se ejecutan en un entorno de programación jerárquica como ORK+ / XtratuM pueden ser analizados estáticamente, utilizando una extensión de los métodos de análisis de tiempo de respuesta. La nueva plataforma ha sido sometida a continuas pruebas durante todo el desarrollo, tanto funcionales como de rendimiento. La sobrecarga inducida por ejecutar sobre el hipervisor XtratuM es pequeña teniendo en cuenta la velocidad de ejecución de los procesadores LEON2. Los beneficios de obtener un sistema particionado superan las pérdidas producidas. ORK+/XtratuM - PFC - A. Esquinas25

26 Trabajo futuro Adaptar ORK+ a XtratuM 3 para Leon3. El soporte que LEON2 provee para el aislamiento espacial es bastante primitiva. Consiste en un conjunto reducido de registros valla. XtratuM 3 funciona sobre el procesador LEON3, que gracias al uso de una MMU completamente funcional, asegura el aislamiento espacial. Comunicación entre particiones. XtratuM ofrece un servició de comunicación entre particiones que sigue el estándar ARINC-653. La implementación de este sistema de comunicación permitiría comunicación entre las particiones. Adaptar ORK+ a plataformas multiprocesador. La evolución natural de los procesadores es la adición de más cores a su arquitectura. Salvando diferencias el sector aeroespacial sigue la misma evolución, por ello es necesario ofrecer la plataforma para sistemas multiprocesador. ORK+/XtratuM - PFC - A. Esquinas26

27 FIN Gracias por su atención Ángel Esquinas Fernández .: ORK+/XtratuM - PFC - A. Esquinas27


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