I nte rna t io na l J o urna l o f   Rec o nfig ura ble a nd   E m be dd e d Sy s t e m s   ( I J R E S )   Vo l.   5 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 1 6 ,   p p .   5 7 ~ 68   I SS N:  2089 - 4864           57       J o ur na ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I J RES   H SW  Co - desig n of Adap tive Ta sk   Sched uler  for R ea l Ti m e   Sy ste m s       Dines G   H a r k ut* M .   S.  Ali * *   * D e p a rt m e n o f   Co m p u ter S c ien c e   &   En g in e e rin g ,   P r o f   Ra m   M e g h e   Co ll e g e   o f   En g in e e rin g   &   M a n a g e m e n t ,   In d ia   * * P ro f   Ra m   M e g h e   Co ll e g e   o f   En g in e e rin g   &   M a n a g e m e n t ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   3 ,   2 0 1 5   R ev i s ed   J an   1 8 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   Feb   1 1 ,   2 0 1 6       In   e m b e d d e d   s y ste m ,   a   re a l - ti m e   o p e ra ti n g   sy st e m   (R T Os is  o f t e n   u se d   to   stru c tu re   th e   a p p li c a ti o n   c o d e   a n d   e n su re   th a th e   d e a d l in e a re   m e b y   re a c ti n g   o n   e v e n ts  i n   t h e   e n v ir o n m e n b y   e x e c u ti n g   th e   f u n c ti o n w it h i n   p re c ise   ti m e .   M o st  e m b e d d e d   sy s tem a re   b o u n d   t o   re a l - ti m e   c o n stra in ts  w it h   d e term in is m   a n d   late n c y   a a   c rit ica m e tri c s.   Ge n e ra ll y   RT Os   a re   im p le m e n ted   in   so f t wa re ,   w h ich   in   tu r n in c re a se c o m p u tatio n a o v e rh e a d s,  ji tt e a n d   m e m o r y   f o o tp rin w h ich   c a n   b e   re d u c e d   e v e n   i f   n o re m o v e   c o m p lete l y   b y   u ti li z in g   late st  F P GA   tec h n o lo g y ,   w h ich   e n a b les   th e   im p le m e n t a ti o n   o f   a   f u ll   f e a tu re d   a n d   f lex ib le  h a rd w a re   b a se d   RT Os .   S c h e d u l in g   a lg o rit h m p la y   a n   im p o rtan ro le  in   th e   d e sig n   o f   re a l - ti m e   s y ste m s.  T h is  p a p e p r o p o se th e   n o v e F IS   b a se d   a d a p t iv e   h a rd w a re   tas k   sc h e d u ler  f o m u lt ip ro c e ss o sy ste m th a m in im i z e t h e   p ro c e ss o ti m e   f o r   sc h e d u li n g   a c ti v it y   w h ich   u se fu z z y   lo g ic  to   m o d e th e   u n c e rtai n ty   a f irst   sta g e   a lo n g   w it h   a d a p ti v e   f ra m e w o rk   th a u se f e e d b a c k   wh ich   a ll o w s   p ro c e ss o rs  sh a re   o f   tas k   ru n n in g   o n   m u lt ip r o c e ss o to   b e   c o n tro ll e d   d y n a m ic a ll y   a ru n ti m e.   T h is  F u z z y   lo g ic  b a se d   a d a p ti v e   h a rd w a re   sc h e d u ler  b re a k th ro u g h th e   li m it   o f   t h e   n u m b e o f   to tal  tas k   a n d   th u im p ro v e s   e ff ici e n c y   o f   th e   e n ti re   re a l - ti m e   s y ste m .   T h e   in c re a se d   c o m p u tatio n   o v e rh e a d re su lt e d   f ro m   p ro p o se d   m o d e c a n   b e   c o m p e n sa ted   b y   e x p lo it in g   th e   p a ra ll e li sm   o f   th e   h a rd w a re   a s   b e in g   m ig ra ted   to   F P G A .   K ey w o r d :   FP GA   Fu zz y   I n f er en ce   S y s te m     Har d w ar Sch ed u ler     J itter     P r io r ity   Qu e u e   R ea l - ti m Op er atin g   S y s te m   Dete r m i n is m   R ec o n f ig u r ab le  C o m p u ti n g     Sch ed u l in g   A l g o r ith m s     T ask   Sch ed u li n g     Co p y rig h ©   2 0 1 6   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Din es h   Har k u t,    Dep ar t m en t o f   C o m p u ter   Scie n ce   &   E n g in ee r i n g ,     P r o f   R a m   Me g h C o lle g o f   E n g i n ee r i n g   &   Ma n ag e m e n t     Ne w   E x p r ess   Hi g h w a y ,   B ad n e r a - Am r a v ati  ( M. S),   I n d ia   E m ail: d g . h ar k u t @ g m ai l.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   T o d ay s   co n s u m er   m ar k et  is   d r iv en   b y   tech n o lo g y   i n n o v at io n s .   Ma n y   tech n o lo g ie s   th a t   w er n o av ailab le  f e w   y ea r s   ag o   ar q u ick l y   b ei n g   ad o p ted   in to   co m m o n   u s e.     E q u ip m en t   f o r   t h e s s er v ices  r eq u ir es   m icr o p r o ce s s o r s   in s id an d   c an   b r eg ar d ed   as  e m b ed d ed   s y s te m .   E m b ed d ed   d ev ices  ar o f ten   d esi g n ed   to   s er v t h eir   u n iq u e   p u r p o s a n d   ar in cl u d ed   i n   a   v ar iet y   o f   p r o d u cts  w it h in   d i f f er e n tec h n ical  ar ea s   s u c h   a s   in d u s tr ial  a u to m a tio n ,   co n s u m er   elec tr o n ic s ,   a u to m o ti v e   in d u s tr y   a n d   co m m u n ica tio n s   a n d   m u lti m ed ia   s y s te m s .   E m b ed d ed   s y s te m s   f i n d   ap p licatio n   i n   a l m o s all   th e   p r o d u ct  r an g in g   f r o m   tr a in   a n d   air p lan e s   to   m icr o w av o v e n s   a n d   w as h i n g   m ac h i n es.  A s   s e m ico n d u ct o r   p r ices  d r o p   an d   th eir   p er f o r m a n ce   i m p r o v e s ,   th er i s   r ap id   i n cr ea s i n   th e   co m p lex i t y   o f   e m b ed d ed   ap p licatio n s .   T h in cr ea s ed   co m p lex it y   o f   e m b ed d ed   ap p licatio n s   a n d   th in te n s if ie d   m ar k et  p r es s u r to   r ap id ly   d ev elo p   ch ea p er   p r o d u ct  h a v ca u s ed   t h i n d u s tr y   to   s tr ea m lin e   s o f t w ar d ev e l o p m e n t.  U s o f   e m b ed d ed   o p er atin g   s y s te m   o r   R ea T i m Op er atin g   S y s te m   ( R T OS)   is   o n tec h n iq u u s e d   to   r ed u ce   d ev elo p m e n t i m o f   s u ch   s y s te m   as   it  h as  e f f ec ts   o n   h ar d w ar e   ab s tr ac tio n ,   m u l titas k i n g ,   co d s ize,   lear n i n g   c u r v e   an d   th i n itia i n v e s t m e n t.  U n f o r tu n a tel y ,   o p er atin g   s y s te m s   d o   in tr o d u ce   s e v er al  f o r m s   o f   o v er h ea d s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   IJ R E S   Vo l.  5 ,   No .   1 Ma r ch   20 1 6   :   5 7     68   58   FP GAs  h av e   b ee n   th e   r ec o n f i g u r ab le  co m p u tin g   m a in s tr ea m   in   r ec en t   ti m e.   Gate - le v e l   r ec o n f i g u r ab ilit y   s u p p o r ts   o f   FP GA   r e s u lt s   i n   r ed u ci n g   t h d ev elo p m en t   ti m to   m ar k e a n d   co s a s   co m p ar ed   to   A SI C s   w h ic h   ca n   b ex p lo ited   to   h ar n e s s   t h b en e f it  o f   d ev elo p in g   t h f u ll   f ea t u r ed   an d   f lex ib le  h ar d w ar b ased   R T Os.   R ea ti m s y s te m s   ar e m b ed d ed   s y s te m s   i n   w h ic h   th co r r ec tn es s   o f   ap p licatio n   i m p le m e n tatio n s   is   n o o n l y   d ep en d en u p o n   th l o g ical  ac cu r ac y   o f   it s   co m p u ta tio n s ,   b u i ts   ab ilit y   to   m ee its   ti m i n g   co n s tr ai n t s   as  w e ll  [ 1 ] .   T h u s   t h d esi g n   o f   th R T Oses   h a v d u al  g o al  o f   m i n i m izi n g   th o v er h ea d s   an d   m a x i m izi n g   t h e   d eter m in i s m .   T h is   p ap er   is   o r g an ized   as  f o llo w s .   Sectio n   2   i s   an   o v er v i e w   o f   th e   Har d w ar e/ So f t w ar e   co - d esig n   ap p r o ac h es.  Sectio n   3   d escr i b es  r elate d   w o r k   o f   o t h er   r e s ea r ch   p r o j ec ts ,   p r o p o s ed   m o d el  is   d i s cu s s ed   i n   s ec tio n   4   an d   s ec tio n   5   co v er s   s u m m ar y   a n d   co n clu s io n   f r o m   m ain l y   p r ev io u s   w o r k   a n d   r elate d   w o r k .         2.   HA RDWAR E   SO F T WARE  CO - DE SI G A RCH I T E C U RE     R T Os  ar o f ten   u s ed   in   e m b e d d ed   s y s te m s   to   s tr u c tu r t h ap p licatio n   co d to   en s u r th a d ea d lin e s   ar m et.   T h n o tio n s   o f   b est - ef f o r an d   r ea l - t i m p r o ce s s i n g   h a v f r ac t u r ed   in to   s p ec tr u m   o f   p r o ce s s i n g   class es  w it h   d if f er en ti m el in ess   r eq u ir e m e n ts   i n cl u d in g   d esk to p   m u lti m ed ia,   s o f r ea l - ti m e,   f ir m   r ea l - ti m e,   ad ap tiv s o f r ea l - ti m a n d   tr ad itio n al  h ar d   r ea l - ti m [ 2 - 4 ] .   Ma n y   R ea l - T im e   s y s te m s   ar h ar d   an d   m i s s i n g   d ea d lin is   ca tast r o p h ic   w h er e   as  i n   s o f t   r ea l - ti m e   s y s te m ,   o cc asio n al  v io latio n   o f   d ea d lin m a y   n o r es u lt   i n   u s ele s s   e x ec u t io n   o f   t h ap p licatio n   b u t d ec r ea s es  u tili za tio n   [ 5 ] .       T r a d itio n all y   R T OS’ s   ar i m p le m e n ted   in   s o f t w ar e,   b u m aj o r   d r a w b ac k s   o f   s ta n d ar d   s o f t w ar b ased   R T OS’ s   is   t h at  t h e y   s u f f er   f r o m   co m p u tatio n al  o v er h ea d s ,   in d eter m in is m ,   j itter   a n d   o f t en   a   lar g e   m e m o r y   f o o tp r in t.  R T OS  co m p u tatio n al  o v er h ea d s   i s   ca u s ed   m ai n l y   b y   tic k   i n ter r u p m a n ag e m e n t,  w h ich   g et  e v e n   w o r s w it h   m o r task   an d   h ig h   tic k   f r eq u e n cie s ,   b u als o   task   s ch ed u lin g   ,   r eso u r ce   allo ca tio n   an d   d e - allo ca tio n ,   d ea d lo ck   d etec tio n   an d   v ar io u s   o th er   OS/ A P I   f u n ctio n s   ta k e x ec u tio n   ti m f r o m   t h ta s k   r u n n in g   o n   th C P U.   E m b ed d ed   s y s te m   al w a y s   co n s is t s   o f   s o f t w ar a n d   h ar d w ar co m p o n en ts   a n d   ca n   n o   lo n g er   d ep en d   in   i n d ep en d en t   h ar d w ar o r   s o f t w ar s o lu tio n s   to   r ea ti m p r o b le m   d u e   to   co s t,  e f f icien c y ,   f lex ib il it y ,   u p g r ad ab ilit y ,   s ca lab ilit y   a n d   d ev elo p m en t t i m e.     T ask   i m p le m e n ted   as  s o f t w ar p r o g r am s   r u n n i n g   o n   m icr o p r o ce s s o r   h av th p r o p er ti es  o f   h i g h   f le x ib ilit y   b u p o o r   p er f o r m a n c e.   On   th o t h er   h a n d ,   tas k   i m p le m e n ted   as  h ar d w ar m o d u les  p lace d   i n   Har d w ar h a v t h ch ar ac ter i s tics   o f   h ig h   p er f o r m a n ce   alo n g   w it h   lo w   f lex ib il it y   a n d   h i g h   co s t.  T h FP GA  tech n o lo g y ,   w h ic h   ca n   b p r o g r a m m ed   v ir tu al l y   a n   n   n u m b er   o f   ti m es  ( d ep en d s   u p o n   t h tech n o lo g y ) ,   w h ic h   p av ed   th w a y   f o r   en h an ce d   f l ex ib ilit y   a n d   m ad it  p o s s ib le  to   i m p le m en e s tab lis h ed   s o f t w ar al g o r ith m s   in   h ar d w ar i.e .   r ea l - ti m k er n el  ac tiv it y   li k s c h ed u li n g ,   in ter - p r o ce s s   co m m u n icatio n s ,   in te r r u p m an a g e m en t,   r eso u r ce   m a n ag e m e n t,  s y n ch r o n izatio n   a n d   ti m m a n a g e m e n co n tr o ls .   Alg o r it h m   i m p le m en ted   in   h ar d w ar e   h as  u n iq u ch ar ac ter is t ics  o f   h ig h   le v el  p ar allelis m   an d   i m p r o v ed   d eter m in is m   th a co n s eq u en tl y   d ec r ea s es   s y s te m   o v er h ea d ,   i m p r o v p r ed ictab ilit y   an d   i n cr ea s es r esp o n s ti m e.   As  tr ad eo f f s ,   r ec o n f i g u r ab l an d   h ar d w ar e/so f t w ar co - d esig n   ap p r o ac h es  th a o f f er   r ea ti m e   ca p ab ilit ies  w h i le  m a in ta in i n g   f lex ib il it y   to   s u p p o r in cr ea s in g   co m p le x   s y s te m s   b ec o m m o r f ea s ib le   s o lu tio n   to   allo w   s o f t w ar ta s k s   r u n n i n g   o n   m icr o p r o ce s s o r   alo n g   w it h   h ar d w ar e   tas k   r u n n i n g   i n   an   FP G A   d ev ice . T h is   h ar d w ar e/so f t w ar co - d esi g n   ap p r o ac h   r ea ch   le v el  o f   m at u r it y   t h at  ar allo w in g   s y s te m   d esig n er s   to   p er f o r m   o p er atin g   s y s te m s   co r an d   h o u s e k ee p in g   f u n ctio n a lit y   s u c h   as  ti m m a n a g e m e n a n d   task   s c h ed u l in g   in   h ar d w ar h ar n ess   t h ad v an ta g es  o f   h ig h e r   lev el  p r o g r am   d ev elo p m e n w h ile  ac h iev i n g   th e   p er f o r m a n ce   p o ten tial o f f er ed   b y   e x ec u tio n s   o f   th e s f u n ctio n s   i n   p ar allel  h ar d w ar cir cu it s .       3.   RE L AT E WO RK   T h m ain   s o u r ce   o f   i n d eter m i n is m   i n   r ea l   ti m s y s te m s   ar v ar y i n g   i n s tr u ctio n   c y cle   ti m e   ca u s ed   b y   p ip elin e,   ca ch es,  v ar y in g   e x ec u tio n   ti m o f   R T Os  k er n el  f u n ctio n s ,   ex ter n a as y n c h r o n o u s   in ter r u p t s   etc.   B y   m i g r atin g   r ea ti m k er n el  f r o m   s o f t w ar to   h ar d w ar it  is   p o s s ib le  to   r e m o v j itter ,   less e n   C P o v er h ea d   an d   i m p r o v th in d eter m in is m   d u to   ca ch a n d   p ip elin p r o b le m s .   Var io u s   m o d els  a n d   s y s te m s   h a v b ee n   p r o p o s ed   [ 6 ]   to   o v er co m th i s   p r o b lem   an d   s o m o f   t h e m   w e r d is cu s s ed   i n   r e m ai n i n g   s ec ti o n .   L e n n ar L i n d h   et  a l.   [ 7 ]   p r o p o s ed   s y s te m   F A ST C H A R T ,   an   R I SC   b ased   u n ip r o ce s s o r   s y s te m   w h ic h   p u t s   I o f   tas k s   i n to   v ar io u s   q u e u es.  I co n s i s ts   o f   h ar d w ar b ased   R T   k er n el  ca p ab le  o f   h a n d lin g   6 4   task s   w it h   8   d if f er e n t p r io r ities .     P OL I -   p r o p o s ed   b y   F.  B ala r in ,   G.   B er r y ,   F.  B o u s s in o e a l.  [ 8 ] ,   is   an   HW   SW   C o - Des ig n   Fi n ite   State  Ma ch i n ( C SF M)   s y n t h esi s   m o d el,   w h ic h   s u p p o r ts   g lo b all y   as y n ch r o n o u s   a n d   lo ca ll y   s y n c h r o n o u s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ R E S     I SS N:  2088 - 8708     H W   S W   C o - d esig n   o f A d a p tive  Ta s S ch ed u ler fo r   R ea l Time  S ystems   ( D in esh   Ha r ku t )   59   co m p u tatio n .   I m p le m e n tatio n   is   s p lits   b et w ee n   So f t w ar a n d   A SI C s   an d   C o - s i m u latio n   is   p r o v id ed   u s in g   P to lem y   en v ir o n m e n [ 9 ] .   C o m p lex i t y   o f   p r o ce s s o r s   m a k es   s tatic  est i m a tio n   i s   d if f ic u lt  a n d   d o es  n o   s u p p o r t   f o r   lar g d esig n   as it  g e n er ates   cu s to m ized   C - co d f o r   s elec ted   p r o ce s s o r s   o n ly .   L e n n ar L i n d h   et  a l.   [ 1 0 ]   al s o   p r o p o s ed   FA ST HARD  wh ich   s u p p o r ts   f ea t u r es  li k r en d ez v o u s ,   ex ter n al  i n ter r u p ts ,   p er io d ic  s tar an d   ter m in a tio n   o f   tas k   w it h o u C P in ter f er en ce .   Ho w e v er   s y s te m   i s   li m ited   i n   s u p p o r ts   f o r   cu s to m izatio n   an d   s ca lab ilit y .   I is   e x ten s io n   to   ea r lier   w o r k   F ASTCH AR T ,   b ased   o n   g en er al  p u r p o s p r o ce s s o r s .   P ap er   d o es n o t p r o v id ed   an y   b en ch m ar k s   o r   test   r es u lts .   T h C OSYM s y s te m   p r o p o s ed   b y   [ 1 1 ]   u s es  s i m u lated   an n ea lin g   f o r   p ar titi o n in g   w h ic h   c an   b f in e   o r   co ar s g r ain ed ,   to   s p ee d u p   s o f t w ar e x ec u tio n s   to   m ee t   ti m i n g   co n s tr ai n ts .   I d o es  n o s u p p o r b u r s t - m o d e   co m m u n icatio n .   L i s t a n d   p ath   b ased   tech n iq u es a r u s ed   to   e s ti m ate  ex ec u tio n   t i m o f   h ar d w ar e.     J .   A d o m at  e a l.   [ 1 2 ]   co m e   u p   w it h   R T ( R ea T i m Un i t ) ,   m u lti - p r o ce s s o r   s y s te m   wh ich   u s es   s in g le  i n ter r u p t i n p u t o f   ea ch   C P to   co n tr o l a n d   co n tex t s w itc h i n g .   L in d h   et  a l .   [ 1 3 ]   also   p r o p o s es e x ten s ib le   m u ltip r o ce s s o r   s y s te m   -   S AR A ,   w h ich   ca n   b u s ed   to g eth e r   w it h   R T to   r em o v th all  s ch ed u lin g   an d   tic k   p r o ce s s in g   o v er h ea d s .   ST R ON  s y s te m ,   b ased   o n   µT R ON  p r o j ec p r o p o s ed   b y   T .   Nak an o   et  a l.  [ 1 4 ]   co m e   u p   w it h   h ar d w ar k er n e w h ic h   i m p le m en ts   s y s te m   ca lls   a n d   f u n c ti o n alit y   r e s u l ts   i n   in cr ea s in g   s p ee d u p   an d   r ed u cin g   j itter .   T h is   h ar d w ar k er n e i s   s u p p o r ted   b y   s m all  m icr o   k er n el  h as  b ee n   i m p le m en ted   t o   tak ca r o f   t h f ea t u r es  n o i m p le m e n ted   i n   h ar d w ar e.   T h is   s y s te m   h as   tick   f r eq u e n c y   li m itatio n s   an d   d o es  n o h av e   h ar d w ar s u p p o r t to   p r ev en t u n b o u n d ed   p r io r ity   i n v er s io n .   I n   o r d er   to   m i n i m ize  h ar d w ar co s w h ile   m a in ta in i n g   ti m i n g   co n s tr ain t s ,   R .   G u p ta  et   a l.  d ev elo p ed   VUL C A N   [ 1 5 ]   Har d w ar e/ So f t w ar p ar titi o n i n g   to o l,  w h ic h   u s e s   h eu r i s tic  g r ap h   p ar titi o n in g   al g o r ith m   t h at   r u n s   in   p o l y n o m ia ti m e.   T h o r ig in al  d escr ip tio n   w a s   in   H ar d w ar e - C   [ 1 6 ] ,   w h ic h   is   m ap p ed   to   f in g r ain e d   C o n tr o l - Data   Flo w   Gr ap h .     Har d w ar s o f t w ar co - d esig n   f r a m e w o r k   f o r   e m b ed d ed   s y s t e m -   C HI NOOK ,   p r o p o s ed   b y     P .   C h o u   et  a l.   [ 1 7 ,   1 8 ]   is   an   au to m ated   in ter f ac s y n t h esi s   w h ic h   s u p p o r ts   m ap p in g   o f   a n   e m b ed d ed   s y s te m   m o d el  to   o n o r   m o r p r o ce s s o r   an d   p er ip h er als.  T h o u g h   m o r em p h a s is   i s   p u o n   d is tr ib u te d   ar ch itectu r w h ic h   en s u r in g   ti m i n g   co n s tr ai n ts   b u t s y s te m   i s   i n f le x ib le  a n d   m o r co m p le x .   A   h eter o g e n eo u s   h ar d w ar e/ s o f t w ar DSP   s y s te m   C o W ar in   [ 19 ]   p r o p o s ed   b y   H.   De.   Ma n   et  a l. ,   is   b asis   o f   co m m er cial  C o W ar N2 C   [ 2 0 ] .   T h is   s y s te m   s u p p o r ts   th r e - u s a n d   en ca p s u lati o n   o f   h ar d w ar a n d   s o f t w ar b y   c lear   s ep ar a tio n   b et w ee n   f u n ctio n al  a n d   co m m u n icatio n   b eh a v io r   o f   s y s te m   co m p o n en t s .   T h o u g h   th is   s y s te m   allo w s   co - s p ec i f icatio n   u s i n g   VHD L ,   D FL ,   Sli a g &   C   la n g u a g es,   b u t   i m p o s e s   i n cr ea s ed   d em a n d s   o n   g e n er atio n   o f   e x h au s ti v lib r ar y   ele m en ts .   B jo r n   B .   B r an d en b u r g   et   a l.   [ 2 1 ]   d is cu s s   s o f t   r ea l - ti m ex te n s io n   o f   t h L in u x   k e r n el,   t h L I T MU S RT   p r o j ec w i th   f o cu s   o n   m u ltip r o ce s s o r   r ea l - ti m e   s ch ed u li n g   a n d   s y n c h r o n iza t io n .   I s u p p o r ts   th e   s p o r ad ic  task   m o d el  w it h   b o th   p ar titi o n ed   an d   g lo b al  s c h ed u lin g   [ 2 2 ] .   T h p r im ar y   g o al  i s   to   p r o v id u s e f u l   ex p er i m e n tal  p lat f o r m   f o r   ap p lied   r ea l - ti m s y s te m s   r e s ea r ch   b u t   L I T MU S RT   f ailed   to   estab lis h   a s   s tab le   in ter f ac e s .   F - T i m er   f r a m e w o r k   s u g g e s te d   b y   A .   P ar is o to   et  a l.  [ 2 3 ]   is   FP GA   b ased   task   s ch ed u ler   ca p ab le  o f   m an a g i n g   3 2   task s   w it h   6 4   d i f f er en p r io r ities   w h ic h   is   tar g eted   at  g en er al  p u r p o s p r o c ess o r .   S y s te m   d o es   n o h av a n y   h ar d w ar s u p p o r f o r   task   s y n ch r o n izatio n   an d   r eso u r ce   h an d li n g .   P ap er   d o es  n o d is cu s s ed   ab o u t sch ed u lin g   al g o r ith m   e m p lo y ed .   Sp r in g   k er n e is   b asica ll y   d e s i g n ed   f o r   lar g an d   co m p le x   m u ltip r o ce s s o r   b ased   R T OS  p r o p o s ed   b y   J .   Stan k o v ic  et  a l.   [ 2 4 ,   2 5 ]   tak es  r ad icall y   d i f f er e n ap p r o ac h   to   tas k   s c h ed u l in g   w h ic h   is   b ased   o n   d y n a m ic   an d   s p ec u lati v p lan n i n g   i m p le m e n ted   th r o u g h   h eu r i s tic  al g o r ith m   an d   tr ee   s ea r ch .   Fi n e   g r an u lar it y   o f   ta s k   d ea d lin es is   p o s s ib le  at  t h co s t o f   lar g a m o u n t o f   p r e - ca lc u l atio n   o v er h ea d s   w h ic h   af f ec t s   th p er f o r m a n ce .     Har d w ar s c h ed u li n g   ac ce ler ato r   w h ic h   ca n   b co n f i g u r ed   f o r   s ev er al  d if f er en al g o r ith m s   i s   p r o p o s ed   b y   J .   Hild eb r an d et  a in   [ 2 6 ,   27] T h is   h ar d w ar i m p le m en tatio n   o f   d y n a m ic  s ch ed u li n g   co p r o ce s s o r   also   s u p p o r ts   ad v an ce d   E n h a n ce d   L ea s t   L a x it y   First   ( E L L F)   alg o r it h m .   T h is   s y s te m   co u ld   n o t   ad d r ess   tr ash i n g   o f   tas k   b u t i n cr ea s es th o v er all  d eter m in is m   at  th co s t o f   h i g h er   co m p le x   lo g ic.   δ - Fra m e w o r k -   h ar d w ar e/ s o f t w ar co - d esi g n   R T Os  f r a m e w o r k   p r o p o s ed   b y   V.   Mo o n ey   et  a l.  in   [ 2 8 ] ,   s u p p o r ts   3 0   d if f er en p r o ce s s o r s .   T h s y s te m   i s   co s t   ef f ec tiv e   as  f ar   a s   o v er all   s p e ed u p   an d   h ar d w ar ar ea   ( n u m b er   o f   g ate s )   is   co n ce r n ed .   T h is   f r a m e w o r k   g e n er ates  all  HD L   co d w h ic h   ca n   b i m p le m e n ted   i n   FP GA .   Mo r w o r k   o n   SO C   w a s   co n d u cted   [ 29 ]   to   in teg r ate  p r io r ity   in h er ita n ce   an d   d ea d lo ck   av o id an ce   m ec h a n i s m .   C o n f i g u r ab le  h ar d w ar s ch ed u ler   w i th   i m p r o v ed   r esp o n s ti m e,   in ter r u p late n ci es,  C P u tili za t io n   h as  b ee n   d esig n   an d   d ev elo p ed   b y   V.   Mo o n ey   et  a l.  [ 3 0 ] ,   w h ic h   also   s u p p o r ts   h i g h   ti ck   f r eq u e n c y .   T h is   m o d el  s u p p o r ts   t h r ee   d if f er e n al g o r ith m s   w h ic h   ca n   b ch an g at  r u n   ti m d y n a m i ca ll y   a n d   in ter r u p co n tr o ller   in   s c h ed u ler   s u p p o r ts   8   ex ter n al  i n ter r u p ts   ea c h   ca n   b co n f i g u r ed   f o r   d is p atch in g   s p ec if ic  ta s k .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   IJ R E S   Vo l.  5 ,   No .   1 Ma r ch   20 1 6   :   5 7     68   60   I s s u e s   o f   e x te n s io n   to   O a n d   f lex ib ilit y   ar is e s   o u o f   m o v i n g   e n tire   O to   h ar d war ca n   b e   o v er co m in   m o d el  p r o p o s b y   Z .   M.   W ir th lin   et  a l.   in   [ 3 1 ] .   T h n an o - p r o ce s s o r   p r o v id es   u p g r ad ab ilit y ,   f le x ib ilit y   a n d   also   en h a n ci n g   th ex ec u t io n   ti m b y   m o v in g   s elec ted   in e f f icie n OS  s er v ices  in   h ar d w ar to   s av o n   p o w er   co n s u m p tio n   to   g r ea t e x te n t a s   s h o w n   i n   [ 3 2 ] .   P au Ko h o et  a l.  i n   [ 3 3 ] ,   d ev elo p ed   R ea l - T i m e   Ma n a g er   ( R T M)   w h ic h   le v er ag e s   t h p o ten tial  o f   h ar d w ar p ar allelis m ,   I n   th i s   s y s te m ,   r o u ti n h o u s e k ee p in g   task s   ar im p le m e n ted   in   h ar d w ar an d   th u s   f r e e   th p r o ce s s o r   f o r   cr itical  f u n ctio n s   w h ic h   b o o s ts   t h o v e r all  p er f o r m an ce .   R T s u p p o r ts   s tatic  p r io r it y   s ch ed u lin g   a n d   h an d le s   ta s k ,   ti m e   an d   e v e n m a n ag e m e n t.  T h a u th o r   clai m s   R T d ec r ea s es  R T OS  o v er h ea d s   b y   9 0 % d ec r ea s es r esp o n s late n c y   b y   8 1 %.   P r o b lem   ar is e s   o u o f   lo w   t ic k   g r an u lar it y   ca n   w h ich   ca u s j itter   an d   r esu lt  in   d ea d lin e   m is s e s   is   o v er co m b y   M. Vetr o m ille  e a l.  [ 3 4 ]   in   th eir   p r o p o s ed   s y s te m   HaRT S.  T h HaRT s u p p o r ts   h i g h   tic k   f r eq u en c y   an d   th u s   r ed u ce   j it ter   w it h o u t   lo w er   C P a v aila b le  ti m e   f o r   tas k   to   p r o ce s s .   T h o u g h   it   is   m o r e   co m p le x   to   i m p le m e n ts   b u t it  r eq u ir es less   c h ip   ar ea   an d   u s e s   less   p o w er   th a n   ad d itio n al  p r o ce s s o r .   T h Har d w ar R T OS  i m p le m en ted   f o r   ac ce ler atin g   eCo s ,   HW - eCo s   i s   in ter f ac ed   to   an   AR M   p r o ce s s o r   r eq u ir es  f e w er   g ate s   to   i m p le m e n a n d   p r o v id es  b etter   s p ee d u p .   C o m m u n icat io n   s p ee d   b et w ee n   R T OS a n d   h ar d w ar o v er s h ad o w ed   t h s p ee d   g ain   b y   h ar d war s ch ed u ler   is   o v er co m b y   S.  C h an d r et   a l.  in   [ 3 5 ]   b y   i n telli g e n t d esi g n .   P ap er   d o es n o t d is cu s s   t h n u m b e r   o f   task s   an d   r eso u r ce s   s u p p o r ted   b y   th is   s y s te m .   SR T OS  p r o p o s ed   b y   Z .   Mu r t az a,   S.  Kh an   et  a l.   [ 3 6 ]   ai m s   at  r ea l - ti m DSP   ap p licatio n   w h ic h   is   tar g eted   o n   AVZ 2 1   D SP   p r o ce s s o r .   T h o u g h   t h is   p ap er   d o esn p r o v id an y   e x p er i m e n tal  te s r es u lt   b u t   s y s te m   s u p p o r ts   ad d itio n al  i n s tr u ctio n   f o r   f ast r eso u r ce   allo ca tio n   an d   co n te x t s w i tch in g .   M.   So n g   et  a l.  [ 3 7 ]   co m u p   w it h   H - Ker n e l,  an   o u tco m o f   th r o u g h   u s o f   FP G A   an d   th o u g h tf u l   HW /SW   co - d esig n   f o r   s p ec if i ap p licatio n .   T h o u g h   s y s te m   b ec o m m o r co m p lex   a n d   b u lk y   a s   n u m b er   o f   task   i n cr ea s es  b u in cr ea s i n   p er f o r m a n ce   i n   th t u n o f   5 0 - 6 0 %,  is   ac h ie v ab le  w ith   t h s y s te m   w i th   s m al l   n u m b er s   o f   ta s k .     Seb asti en   P ille m e n t   et  a l.  [ 3 8 ]   p r o p o s ed   DA R T     an   FP GA   b ased   r ec o n f ig u r ab le  ar ch i tect u r w h ich   d ea ls   co n cu r r en tl y   w it h   h i g h - p er f o r m a n ce ,   ex ib ilit y   a n d   lo w - en er g y   co n s tr ain ts .   Fle x ib ilit y   o f   FP G A s   i s   ac h iev ed   at  v er y   h i g h   s i lico n   co s i n ter co n n ec ti n g   h u g a m o u n o f   p r o ce s s in g   p r im iti v es.  T h es in ter co n n ec tio n   an d   co n fig u r at io n   o v er h ea d s   r es u lt  in   en er g y   w a s te.   D AR T   w as  d es ig n ed   a s   p lat f o r m - b ased   ar ch itect u r w h ic h   d ef i n clu s ter   lev el  i n ter f ac to   i m p lem en u s er   d ed icate d   lo g ic  w h ich   al lo w s   f o r   th e   in te g r atio n   o f   ap p licatio n - s p ec if ic  o p er ato r s   w h ich   e f f icie n tl y   s u p p o r b it - lev el  p ar allelis m .   T h m ai n   co n ce r n   o f   th i s   clas s   o f   ar ch itect u r es i s   h ig h   r ec o n fig u r atio n   o v er h ea d .   AR P A - MT   m u lti - th r ea d i n g   p r o ce s s o r   w it h   f i v s tag p ip elin s y s te m   i s   p r o p o s ed   b y   A .   S.  R .   Oliv eir e a l.   [ 3 9 ] .   T h is   s y s t e m   s u p p o r ts   h eter o g e n eo u s   ta s k   an d   co n tex s w itc h es   w it h o u h a m p er i n g   t h p r o ce s s o r   p er f o r m an ce .   L ate n c y   i n tr o d u ce d   d u to   P L B   b u s   i n ter f ac in   th s y s te m   ca n   b r e m o v ed   b y   b etter   an d   m o r d ir ec co n n ec tio n s   b et w ee n   C P an d   co p r o ce s s o r   as  p r o p o s ed   b y   L u i s   A l m eid et  a l.  i n   [ 4 0 ,   4 1 ]   OR eK_ C o i.e .   Har d w ar i m p le m e n tatio n   o f   OR eK  R ea l - T i m Ker n el.   A ll  k er n el  f u n ct io n s   e x ec u te  i n   ab s o lu te  ti m an d   al m o s t i n   p ar allel,   w ith o u t i n te r f er in g   C P w h ich   i m p r o v es  d eter m in i s m   a n d   i m p r o v r eso u r ce   u til izatio n .     Xain g r o n g   Z h o u ,   P eter   P etr o v   et  a l.  [ 4 2 ]   p r esen ted   m o d el  b y   co n v er g i n g   co m p ile r ,   m icr o - ar ch itect u r an d   OS   k er n el  to   r ed u ce   th co n tex s w i tch in g   co s an d   i m p r o v o v er all  r e s p o n s iv e n es s   w h ic h   th m ai n   s o u r ce   o f   p er f o r m a n ce   d eg r ad atio n   i n   m o s t   o f   t h HW   SW   b ased   s o l u ti o n s .   I n   t h is   p r o p o s ed   m o d el   co n tex s w itc h i n g   m a y   b d ef er r ed   u n til  n e x s w itc h   p o in t o   li m it  t h n u m b er   o f   co n te x r eg is ter s   r eq u ir ed   to   h o ld   s tate.   T h o u g h   t h is   ar r a n g e m e n t   r esu lts   in   m o r d ea d li n m is s   w h ic h   ca n   b av o id e d   b y   m o r co m p le x   an d   g o o d   R T OS  k er n el  d esi g n .   AR T E SS ar ch itect u r as   p r o p o s ed   b y   N.   Ma r u y a m et   a l.   in   [ 4 3 ] ,   p o r ted   R T OS,  ch ec k s u m   ca lcu latio n ,   m e m o r y   co p y in g   an d   T C P   h ea d er   r ea r r an g e m e n to   h ar d w ar e.   I u s es  n o v el   v i r tu al  q u e u i n s tead   o f   FIFO  b ased   q u e u es  u s ed   i n   R T an d   ST R ON,   w h ich   ar lo g ic  ex p en s i v e.   T h au t h o r   clai m s   th a th is   s y s te m   i s   6 - 9   ti m es  f aster   t h an   ST R ON  an d   7   ti m es  m o r e n er g y   e f f icien t th a n   its   s o f t w ar e   co u n ter p ar t.   Nu m b er s   o f   r esear ch   p r o j ec ts   h av e   ap p r o ac h ed   th tas k   o f   d esi g n in g   OS  f o r   FP GA  b ased   r ec o n f i g u r ab le  co m p u ter s   ( R C ) .   B y   p r o v id in g   n ati v k er n e s u p p o r f o r   FP GA   h ar d w ar Ha y d en   K w o k - Ha y   et  a l.   [ 4 4 - 4 6 ]   p r o p o s ed   B O R P H,   an   o p er atin g   s y s te m   d esig n ed   f o r   FP G A - b ased   R C .   B OR P o f f er s   a   h o m o g en eo u s   UNI i n ter f ac f o r   b o th   s o f t w ar an d   h ar d w ar p r o ce s s es.  Har d w ar p r o ce s s es  i n h er it  t h e   s a m le v el  o f   s er v ice  f r o m   t h e   k er n el.     Static  s ch ed u li n g   o f   D A Gs   ( D ir ec A c y cl ic  Gr ap h )   o n   m u lti - r ec o n f ig u r ab le - u n it  s y s te m   u n d er   s tr ict   r ea l - ti m co n s tr ain t s   a n d   f r o m   p ar allel  p r o ce s s i n g   p er s p ec tiv is   p r o p o s ed   b y   I k b el   B elaid   et  a l .   [ 4 7 ] .   C lu s ter i n g   th tas k ,   m ap p in g   th ta s k   in   th e s cl u s ter s   an d   p lacin g   th e s cl u s ter s   o n   r ec o n f ig u r ab le  d ev ice s ,   d y n a m ic  p ar tial  r ec o n f i g u r atio n   an d   e f f i cie n p lace m e n ar ac h iev ed .   Ho w e v er ,   th i s   ap p r o ac h   f ac d i f f icu l t y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ R E S     I SS N:  2088 - 8708     H W   S W   C o - d esig n   o f A d a p tive  Ta s S ch ed u ler fo r   R ea l Time  S ystems   ( D in esh   Ha r ku t )   61   in   d ea li n g   w it h   n o n d eter m i n i s tic  s y s te m s   w it h   r u n - ti m c h ar ac ter is tics   t h at  ar n o w ell   k n o w n   b e f o r th e   DAG  r u n n i n g   an d   th is   ap p r o ac h   w ill  w o r k   o n l y   f o r   s m a ll D A G s .   Har tOS -   Har d w ar i m p le m en t ed   R ea l - T i m Op er atin g   S y s te m   is   p r o p o s ed   b y   L a n g A . B .   et  a l.   [ 4 8 ,   4 9 ]   is   d esig n ed   to   b v e r y   f le x ib le  an d   s u p p o r m o s o f   t h e   f ea tu r e s   n o r m al l y   f o u n d   in   a   s tan d ar d   s o f t w ar e   R T OS  d ir ec tl y   i n   h ar d w ar w it h o u s ac r i f ici n g   f lex ib il it y .   T h Har tOS’ s   ab ilit y   to   r u n   k er n el  at  a   h i g h er   clo ck   f r eq u en c y   t h a n   t h m i cr o p r o ce s s o r ,   en ab les  m o r t ask s   to   b p r o ce s s ed   s er ial l y   at  t h s a m e   tic k   f r eq u en c y   a n d   th u s   s p ee d   u p   th p ar o f   th A P I   f u n ctio n s   ex ec u ted   in   t h k er n el.   C o m p ar at iv s tu d y   o f   v ar io u s   m et h o d o lo g ies/ m o d els   r ev ie w ed   in   t h liter atu r i s   g i v en   i n   t h T ab le  1 [ 5 0 ] .       T ab le  1 .   C o m p ar ativ s tu d y   o f   v ar io u s   m et h o d o lo g ies/ m o d el s   M e t h o d o l o g y /   M o d e l   A r c h i t e c t u r e   U sed  C l a i m s by   A u t h o r s   F A S T C H A R T   ( 1 9 9 1 )       H y b ri d     [ 7 ]     R I S C   b a se d   p r o c e sso r   w i t h   L o a d   S t o r e   a r c h i t e c t u r e .   M i g r a t e d   f u l l   k e r n e l   t o   H a r d w a r e   t o   i mp r o v e   d e t e r mi n i sm a n d   r e mo v e   j i t t e r .   P O L I S   ( 1 9 9 1 )     H y b ri d   [ 8 ]     Co - d e si g n   F i n i t e   S t a t e   M a c h i n e   ( C F S M )   d e si g n .   F l e x i b i l i t y   t o   e v a l u a t e   H W / S W   p a r t i t i o n i n g ,   a r c h i t e c t u r e   &   sch e d u l e r   t h r o u g h   m i x e d   i m p l e me n t a t i o n   o f   S W   &   A S I C s.   F A S T H A R D   ( 1 9 9 2 )     H y b r i d   [ 1 0 ]   M e mo r y   map p e d   d e si g n   ( a d d r e ss/ d a t a   b u s) .   H W   b a se d   R T   K e r n e l   t o   su p p o r t   e x t e r n a l   i n t e r r u p t s &   r e n d e z v o u s.   R T U   ( 1 9 9 4   )     H / b a se d   [ 1 2 ]   M e mo r y   map p e d   d e si g n   ( V M b u s) .   S u p p o r t s m u l t i p l e   t a s k ,   b i n a r y   se map h o r e s,  e v e n t   f l a g s,  w a t c h d o g w i t h   mi n i mu m o v e r h e a d s a n d   i mp r o v e d   p r e d i c t a b i l i t y .   S i l i c o n   T R O N   ( 1 9 9 5 )     H y b ri d   [ 1 4 ]   M e mo r y   map p e d   d e si g n   ( a d d r e ss/ d a t a   b u s) .   I mp r o v e   d e t e r mi n i sm   a n d   su p p o r t s t a s k   mg t . ,   f l a g s,  se map h o r e s,  t i me r s &   e x t e r n a l   i n t e r r u p t .   V U L C A N   ( 1 9 9 5 )     H y b r i d   [ 1 5 ]     C D F G   b a se d   f i n e   g r a i n e d   m a p p i n g   d e si g n .   H a r d w a r e / so f t w a r e   p a r t i t i o n i n g   r e su l t s i n   r e d u c i n g   t h e   o v e r a l l   c o st .   C H I N O O K   ( 1 9 9 6 )     H y b ri d   [ 1 7 ]   D i st r i b u t e d   A r c h i t e c t u r e .   S u p p o r t s m a p p i n g   o f   p r o c e sso r   &   p e r i p h e r a l s w i t h   st r i c t   t i m i n g   c o n s t r a i n t w i t h   a u t o m a t e d   i n t e r f a c e   sy n t h e si s.   C O W A R ( 1 9 9 6 )     H y b ri d   [ 1 9 ]   M e mo r y   map p e d   d e si g n   ( a d d r e ss/ d a t a   b u s) .   S u p p o r t s re - u se ,   e n c a p su l a t i o n   o f   H W   &   S W   b y   se p a r a t i o n   o f   f u n c t i o n a l   b e h a v i o r   t o   s u p p o r t s   h e t e r o g e n e o u s HW / S W   D S P   s y st e ms.   C O S Y M A   ( 1 9 9 7 )     H y b ri d   [ 1 1 ]   M e mo r y   map p e d   d e si g n   ( a d d r e ss/ d a t a   b u s) .   U se n o v e l   l i st   &   p a t h - b a se d   sc h e d u l i n g   t o   e st i ma t e   H W   e x e c u t i o n   t i me   &   sp e e d u p   S W   e x e c u t i o n t o   me e t   t i mi n g   c o n s t r a i n t s.   F - T i me r   ( 1 9 9 7 )     H y b ri d   [ 2 3 ]   M e mo r y   map p e d   d e si g n   ( a d d r e ss/ d a t a   b u s) .   S u p p o r t s e x t e r n a l   i n t e r r u p t b y   r e d u c i n g   o v e r a l l   R T O o v e r h e a d s w i t h   i m p r o v e d   d e t e r mi n i s m.   S p r i n g   C o p r o c   ( 1 9 9 9 )     H y b ri d   [ 2 5 ]   M e mo r y   map p e d   d e si g n   ( a d d r e ss/ d a t a   b u s) .   S u p p o r t s f i n e   g r a n u l a r i t y   o f     t a s k   d e a d l i n e s &   mu l t i p r o c e sso r s w i t h   g u a r a n t e e d   sc h e d u l i n g   w i t h o u t   b l o c k i n g   r e so u r c e s.   EL L F   S c h e d .   C o p r o c .   ( 2 0 0 0 )     H y b ri d   [ 2 6 ]   M e mo r y   map p e d   d e si g n   ( a d d r e ss/ d a t a   b u s) .   S u p p o r t EL L F   a l g o r i t h m   w i t h   d y n a mi c   p r i o r i t y   c a l c u l a t i o n   b y   e x p l o r i n g   p a r a l l e l i sm i n   H W .   T h e   δ - F r a mew o r k   ( 2 0 0 2 )     H y b ri d   [ 2 8 ]   M e mo r y   map p e d   d e si g n   ( a d d r e ss/ d a t a   b u s) .   U se s l e ss n o s.  o f   g a t e s fo r   e q u i v a l e n t   H W   a r e a   t a r g e t e d   f o r   H W / S W   c o - d e si g n .   M o o n e y   ( 2 0 0 3 )     H y b ri d   [ 2 9 ]   M e mo r y   map p e d   a n d   i n s t r u c t i o n   se t   a c c e l e r a t i o n   b a se d   d e si g n .   C o n f i g u r a b l e   sch e d u l e r   w h i c h   s u p p o r t P r i o r i t y   b a se d ,   R a t e   mo n o t o n i c   &   ED F   a l g o r i t h ms &   h i g h   t i c k   r a t e .   N a n o - p r o c e sso r   ( 2 0 0 3 )     H y b ri d     [ 3 1 ]   M e mo r y   map p e d   d e si g n   ( a d d r e ss/ d a t a   b u s) .   P r o v i d e s fl e x i b i l i t y   o f   c h o o si n g   se r v i c e s t o   p e r f o r m i n   H W   w i t h   f a s t e r   e x e c u t i o n   w i t h   c o m p a t i b i l i t y   w i t h   r a n g e   o f   h a r d w a r e .   R T   T a sk   M a n a g e r   ( 2 0 0 3 )     H y b ri d   [ 3 3 ]   M e mo r y   map p e d   d e si g n   ( a d d r e ss/ d a t a   b u s) .   S u p p o r t s s t a t i c   p r i o r i t y   &   h a n d l e s t a sk ,   t i me   &   e v e n t   mg t .   w i t h   same   t r e e   b y   mi g r a t i n g   r o u t i n e   t a sk   t o   H W .   H a R T S   ( 2 0 0 6 )     H y b ri d   [ 3 4 ]   O P B   B u s S c h e me   b a se d   d e si g n .   R e q u i r e s l e ss p o w e r ,   l e ss c h i p   a r e a   a n d   su p p o r t h i g h   t i c k   f r e q u e n c y   a n d   g r a n u l a r i t y   w i t h   l o w e r i n g   j i t t e r s.   LI T M U S R T   ( 2 0 0 6 )     S / b a s e d   [ 2 1 ]   P u sh / P u l l   a p p r o a c h .   Ef f e c t i v e   t e st b e d   t o   e v a l u a t e   d i f f   R T   S c h e d u l e r   &   a l so   su p p o r t s G - ED F   b a se d   sch e d u l i n g   w i t h   p r i v a t e   q u e u e   f o r   e a c h   p r o c e sso r .   HW -   e C o s (2 0 0 6 )     H y b ri d   [ 3 5 ]   M e mo r y   map p e d   d e si g n   ( a d d r e ss/ d a t a   b u s) .   R e mo v e s c o n t e x t   sw i t c h i n g   o v e r h e a d t h r o u g h   i n t e r r u p t   l i n e   t o   C P U ,   r e d u c e   c o d e   si z e   a n d   t h u s i m p r o v e   p e r f o r man c e .   S i l i c o n   R T O S   ( 2 0 0 6 )     H y b ri d   [ 3 6 ]   M e mo r y   map p e d   d e si g n   ( a d d r e ss/ d a t a   b u s) .   S u p p o r t s e x t e r n a l   i n t e r r u p t   ma n a g e me n t   &   u se s p r i o r i t y   b a se d   sc h e d u l i n g   t o   ma k e   R T   D S P   a p p l i c a t i o n s e f f i c i e n t .   H - K e r n e l   ( 2 0 0 7 )     H y b ri d   [ 3 7 ]   M e mo r y   map p e d   d e si g n   ( a d d r e ss/ d a t a   b u s) .   S u p p o r t p r i o r i t y   b a se d   t a s k ,   i n t e r r u p t ,   e v e n t   &   t i me   mg t   t h r o u g h   H - k e r n e l   a n d   p e r f o r man c e   t h r o u g h   t h o u g h t f u l   H W / S W   c o - d e si g n .   O R e K _ C o P   ( 2 0 0 9 )     H y b ri d   [ 4 1 ]   P L B   b u s   i n t e r f a c e   w i t h   st a c k   b a se d   p r i o r i t y   c e i l i n g   d e si g n .   P o r t e d   O R e K   k e r n e l   t o   H W   t o   i mp r o v e   p e r f o r man c e   &   su p p o r t a sy n c h r o n o u s i n t e r r u p t   h a n d l i n g   w h i c h   i m p r o v e   d e t e r mi n i s   X i a n g r o n g     e t   a l   ( 2 0 1 0 )     S / b a s e d   [ 4 2 ]   M i c r o - a r c h i t e c t u r e   &   O S   k e r n e l .   U se s mi c r o - a r c h i t e c t u r e   t o   l o w e r   c o n t e x t   sw i t c h i n g   a n d   i mp r o v e   r e sp o n si v e n e ss.   A R T ESS O   ( 2 0 1 0 )     H y b ri d   [ 4 3 ]   T C P / I P   p r o t o c o l .   I mp r o v e   t h r o u g h p u t   b y   mo v i n g   T C P   H e a d e r   c a l c u l a t i o n t o   H W   &   su p p o r t p r i o r i t y   b a se d   F C F S   sch e d u l e r   b y   u si n g   n o v e l   v i r t u a l   q u e u e   st r u c t u r e .   B O R P H   ( 2 0 1 1 )     S / b a s e d    [ 4 5 ]     O S   u se s Virt u a l   f i l e   sy st e m.  R e d u c e c o n t e x t   sw i t c h i n g   d r a s t i c a l l y   b y   e x p l o i t i n g   t h e   b e n e f i t s o f   p a r a l l e l i sm a n d   F P G A   r e c o n f i g u r a b i l i t y .   A R P A - M T   ( 2 0 1 1 )     H y b ri d     [ 3 8 ]   S t a c k   b a se d   p r i o r i t y   c e i l i n g   d e si g n .   S p e c i a l i z e d ,   P r e d i c t a b l e   a n d   c u s t o mi z e d   P r o c e sso r   d e si g n   w h i c h   su p p o r t h e t e r o g e n e o u s t a sk   &   sch e d u l e s u si n g   R M   o r   ED F   p r o t o c o l .   H a r t O S   ( 2 0 1 2 )       H y b r i d    [ 4 8 ]     F S L - A X I   st r e a m i n t e r f a c e .   I n t e r r u p t   h a n d l e d   a t a s k   &   m u t e x   a r e   p r o t e c t e d   b y   st a c k   b a se d   p r i o r i t y   c e i l i n g   w h i c h   r e d u c e j i t t e r s a n d   me mo r y   f o o t p r i n t s .       Sch ed u l in g   al g o r it h m   p la y s   a s   i m p o r ta n r o le  i n   t h d e s ig n   o f   r ea l - ti m s y s te m s   w h ic h   in v o lv e s   allo ca tio n   o f   r eso u r ce s   an d   ti m to   j o b s   in   s u c h   w a y   t h at  c er tain   p er f o r m a n ce   r eq u ir e m e n ts   ar m et.   Mo s o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   IJ R E S   Vo l.  5 ,   No .   1 Ma r ch   20 1 6   :   5 7     68   62   th m o d el  d is c u s s ed   an d   r ev ie w ed   ar m ai n l y   f o c u s ed   o n   to   i m p r o v th p er f o r m a n ce   b y   m i g r atin g   s o m o f   th h o u s k ee p in g   r o u t in e   j o b s   f r o m   s o f t w ar to   h ar d w ar w it h   ai m   to   le v er ag th e   p o ten tial  o f   p ar alle l   p r o ce s s in g   o f   h ar d w ar w h ic h   ca n   f u r th er   b i m p r o v ed   t o   g r ea ter   ex ten i f   m o r r ea lis tic  s c h ed u l in g   alg o r ith m   i s   d ev is a n d   m i g r ate  it  o n   h ar d w ar to   ass i s p r o ce s s o r   an d   R T Os  s o   as  to   in cr ea s t h o v er all   p er f o r m a n ce   w it h o u t in cr ea s in g   m e m o r y   f o o tp r in t a n d   p o w er   co n s u m p tio n s .       4.   H ARDWA R E   SO F T WARE  CO - DE SI G T ASK   SCH D UL E   Mo s t l y   r e s ea r ch er s   d ea li n g   w i th   r ea l - ti m s y s te m   s c h ed u l in g ,   as s u m e s   s c h ed u l in g   co n s tr ain ts   to   b e   p r ec is e.   B u in   p r ac tical  r ea lity ,   th v al u e s   o f   th e s p ar am e t er s   ar e   v ag u e   i n   m o s o f   t h c ases .   T o   o v er co m th ese  li m i tatio n   o f   v a g u e n es s   o f   j o b s   s ch ed u li n g   p ar a m eter s   [ 5 1 ] ,   Fu zz y   lo g ic  p la y   i m p o r tan r o le  i n   g en er ati n g   m o s o p ti m al  s c h e d u lin g   w h ic h   e n h a n ce   t h u ti lizatio n   o f   th e   r eso u r ce s   a n d   th u s   i n cr ea s es   th e   o v er all  s ch ed u lab ilit y   o f   th e   s y s te m   b y   tr e ati n g   th e s v a g u e   s ch ed u lin g   p ar a m eter s   a r tr ea ted   as  f u zz y   v ar iab les.  I n   t h is   r e s ea r ch   p a p er ,   t w o   p h ase  ad ap tiv s ch ed u lin g   al g o r ith m   i s   d ev elo p ed   an d   m i g r ated   o n   FP GA   to   h ar n ess   t h p o ten tia o f   p ar allel  p r o ce s s in g   w h ic h   w ill  co m p e n s ate  ad d ed   co m p u tat io n al  co s f o r   ex ec u t in g   o f   co m p le x   f u zz y   al g o r ith m s .     4 .1       Arc hite ct ure   W p r o p o s ed   Fu zz y   I n f er e n ce   S y s te m   ( FIS)   b a s ed   ad ap tiv h ar d w ar tas k   s c h ed u ler   f r a m e w o r k   w h ic h   is   d is c u s s ed   in   s u b s eq u en t p ar ag r ap h   b asicall y   co n s is ts   o f :   1.   Glo b al  Fu zz y   s ch ed u ler     L o n g   ter m   s c h ed u ler .   ( FIS  1 )     2.   L o ca A d ap tiv s c h ed u ler     S h o r t te r m   s c h ed u ler .   ( FIS  I I )       B o th   o f   t h ese  s c h ed u ler   w o r k   in   ca s ca d a n d   ar m ig r ated   o n   h ar d w ar w h ic h   w il w o r k   i n   s y n ch r o n o u s   w i th   p r o ce s s o r   an d   R T Os to   f u l f il l th o v er all  s y s te m s   o b j ec tiv es a s   ill u s tr at ed   in   f i g u r 1 .             Fig u r 1 .   P r o p o s ed   FIS  b ased   A d ap tiv Har d w ar T ask   Sc h e d u ler       T o   b u ild   f u zz y   s y s te m ,   in p u ts   an d   o u tp u t( s )   to   it  m u s b f ir s s elec ted   an d   p ar titi o n ed   in to   ap p r o p r iate  co n ce p tu al  ca teg o r ies  w h i c h   ac t u all y   r ep r esen t   f u zz y   s et  o n   g i v e n   in p u o r   o u tp u d o m ai n .   P ar am eter s   w h ic h   a f f ec ts   th e   s ch ed u ler s   p er f o r m a n ce   ar s elec ted   as  i n p u t   to   th e   F u zz y   I n f er en ce   S y s te m   ( FIS)   [ 5 2 ,   5 3 ] ,   w h ic h   co n s is t o f   f i v s tag e s :   1.   Fu zz i f y in g   i n p u t s   2.   A p p l y in g   f u zz y   o p er ato r s   3.   A p p l y in g   i m p l icatio n   m et h o d s   4.   Ag g r eg ati n g   o u tp u t s   5.   De - f u zz i f y i n g   o u tp u t s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ R E S     I SS N:  2088 - 8708     H W   S W   C o - d esig n   o f A d a p tive  Ta s S ch ed u ler fo r   R ea l Time  S ystems   ( D in esh   Ha r ku t )   63   Her Ma d an i’ s   Fu zz y   i n f er en ce   m et h o d   o f   T SK  o r   s im p l y   Su g en o   m et h o d   o f   f u zz y   i n f er en ce   m a y   b u s ed   [ 5 4 - 5 7 ] .   B lo ck   d iag r am s   o f   FIS  I   a n d   FIS  I I   alo n g   w it h   t h p ar a m eter s   s elec ted   a s   I n p u a n d   O u tp u t   ar alo n g   w it h   s u r f ac v ie w e r   ar s h o w n   in   f i g u r 2 .   I n p u to   FIS  I   ar e   -   J o b   E x ter io r   P r io r ity   ( J E P),   J o b   P r o ce s s in g   P r io r it y   ( J PT)   &   J o b   W aitin g   T im ( J W T )   w h ic h   g e n er ates  J o b   Pro ce s s in g   P r i o r ity   ( J P P ) .   I n p u to   FIS  I I   ar   J o b   P r o ce s s in g   P r io r it y   ( J P P)  g en er ated   b y   FIS  I   an d   J o b   W o r s C ase  E x ec u ti o n   T im e   ( J W C E T )   w h ic h   g e n er ates J o b   Fin al  P r io r ity   ( J FP )   Ou tp u t   o f   th FIS  I   is   s in g le  v alu w h ic h   is   tr ea ted   as  J o b   Pro ce s s in g   P r io r ity   ( J PP )   an d   m ai n tai n ed   in   g lo b al  q u eu e   i n   s o r ted   o r d er .   T h is   n e w l y   ca lc u lated   J P P   al o n g   w it h   tas k s   w o r s t - c ase  ex ec u tio n   t i m e   ( W C E T ) ,   f ee d   to   FIS  I I ,   s ec o n d   s tag s c h ed u ler T h e   w o r k i n g   o f   p r o p o s ed   n o v el   T w o   p h ase  F u zz y   I n f er e n ce   S y s te m   b ased   h ar d war task   s c h ed u ler   w h ich   u s e s   f u zz y   lo g ic  to   m o d el   is   d e p icted     as      A n   ar r iv a o f   n e w   tas k   i n   s y s te m   in itiate s   t h ap p licatio n .   T h ese  n e w   tas k   ar s to r ed   in   A r r iv a l   Qu e u in   First - in - First - o u m a n n er   ( FIFO)   w aiti n g   to   b g et  p r o ce s s ed   b y   th Fu zz y   I n f er e n ce   S y s te m   ( P h ase   I ) .   T ask   en ter in g   th e   s y s te m s   ar tag g ed   w it h   s o m b as ic  p a r a m eter s   w h ic h   p la y   i m p o r tan r o le  in   s c h ed u li n g   th ese  ta s k .   T h ese  j o b s   ar s to r ed   in   s o r ted   o r d er   as  p er   n ew l y   ca lc u late  J o b   P r o ce s s in g   P r io r ity   ( J P P).   T ask   q u eu ed   i n   G lo b al  q u eu e   ar f e ed   to   Fu zz y   I n f er e n ce   S y s te m   ( P h ase  I I ) .   L o ca Q u e u h o ld s   t h ta s k   in   s o r ted   o r d er   as p er   th J o b   Fin al  P r io r it y   ( J FP )   ca lcu lated   b y   FIS  2 .   Ma s ter   co n tr o ller   k ee p s   tr ac k   o f   ac tu al  e x ec u tio n   ti m ( A E T )   o f   ea ch   tas k   b ein g   p r o ce s s ed   an d   if   th d i f f er en c b et w ee n   W o r s C ase  E x ec u t io n   T im ( W C E T )   an d   A E T   f o r   task   in   b ey o n d   ce r tain   th r esh o ld   v al u i.e .   δ  ( t) ,   th en   is   it  n o ti f ied   b ac k   to   FIS  I I   w h ic h   w ill   u p d ate  th v al u o f   W E C T   b y   AE T   an d   co n s id er   th is   n e u p d ated   v alu o f   W C E T   d u r in g   n ex s c h ed u li n g   c y cle.   T ask   b lo ck s   o n   s h ar ed   r eso u r ce s   ar s to r ed   in   B lo c k   Qu e u w h er s e m ap h o r is   u s ed   to   r eso lv th e   d ea d lo ck   an d   task   ar m o v ed   f r o m   b lo ck   q u e u to   W aitin g   Qu e u i f   t h tas k   is   y et  to   b co m p lete.   T h ese  task s   ar th e n   ad d ed   b ac k   to   A r r iv al  Qu e u alo n g   w it h   n e w l y   en ter ed   task   i n   FIFO  o r d er .           Fig u r 2 .   Fu zz y   I n f er e n ce   S y s te m   I   &   I I   b lo ck   d iag r a m       4 . 1 . 1   Ada ptiv F uzzy   Schedu li ng   Un d er   tr ad itio n al  task   m o d el  lik p er io d ic,   s p o r a d ic  etc. ,   t h s ch ed u lab ilit y   o f   s y s te m   i s   b ased   o n   ea ch   ta s k s   w o r s t - ca s e x ec u ti o n   ti m ( W C E T ) ,   w h ic h   d ef i n ed   th m a x i m u m   a m o u n t   o f   t i m ea c h   o f   it s   j o b s   ca n   e x ec u te.   T h d is ad v a n ta g o f   u s i n g   W C E T s   i s   t h at  s y s te m   m a y   b d ee m ed   u n - s c h ed u lab le  e v en   i f   t h e y   w o u ld   f u n ctio n   co r r ec tl y   m o s o f   t h ti m e   w h e n   d ep lo y ed .   T h is   d r a w b ac k   ca n   b o v er co m b y   m a k i n g   o u r   s ch ed u ler   ad ap tiv to   th r u n t i m v ar y i n g   co n d itio n s ,   to   all o ca te  p er - task   p r o ce s s o r s   ti m s h ar e,   in s tead   o f   al w a y s   u s i n g   co n s ta n s h ar allo ca tio n   b ased   o n   co n s tan W C E T   an d   r ea d j u s tin g   t h p r io r it y   o f   tas k .   W h en   th er is   v ar iat io n   i n   th W C E T   an d   th ac t u al  e x ec u tio n   ti m o f   p ar ticu l ar   j o b   b ey o n d   s o m e   p r ed eter m i n ed   th r es h o ld   v al u e,   ad ap tiv ta s k   s ch ed u ler s   is   in v o k ed   w i th   a ctu al  e x ec u t io n   ti m a n d   r esc h ed u le  t h ta s k   a n d   r ef r esh   a n d   r eo r d er   th tas k s   in   lo ca l   q u e u ac co r d in g l y .   T h is   r e s u l ts   i n to   ad j u s ti n g   th e   p er   task   p r o ce s s o r     J o P r o c e ss i ng   P r i o r i t y  ( J P P )   J o E xt e r i o r   P r i o r i t y  ( JEP )   J o P r o c e ss i ng   T i m e  ( JPT )   J o W ai t i ng   T i m e  ( JWT )   M am da ni F uz z y  In f e r e nc e   S y st e m  ( F IS # 1 )   J o F i na l   P r i o r i t y  ( JFP )   J o P r o c e ss i ng   P r i o r i t y  ( JPP )   J o W o r st  Case   E xe c ut i o T i m e   ( JWC E T )   M am da ni F uz z y  In f e r e nc e   S y st e m  ( F IS # 2 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   IJ R E S   Vo l.  5 ,   No .   1 Ma r ch   20 1 6   :   5 7     68   64   ti m e   s h ar b ased   o n   t h r u n t i m co n d itio n s   w h ic h   w i ll  e f f ec tiv el y   i n cr ea s e s   t h o v er all   s c h ed u lab i lit y   a n d   p r o ce s s o r   u tili za tio n .   Ov er all  q u alit y - of - s er v ice  ( Qo S)  ca n   b im p r o v ed   b y   i g n o r i n g   t h tr an s ie n o v er lo ad   co n d itio n s .   Di s p atch er   w ill d is p atch   th ta s k   f r o m   lo ca l   q u e u to   p r o ce s s o r s   b an k   to   g et  s er v e.   Fu r t h er   r eso u r ce   s y n c h r o n iza tio n   i s   u s ed   to   o p ti m ize   s c h ed u lin g   o f   t h e   tas k s   b lo ck ed   o n   s h ar ed   r eso u r ce   w h ich   ar p ar k ed   o n   b lo ck ed   o r   w ait in g   q u eu e.   T as k   b lo ck s   o n   s h ar ed   r eso u r ce s   ar s to r ed   in   B lo c k   Qu e u ar m o v ed   f r o m   b lo ck   q u eu to   W aitin g   Qu e u if   t h task   is   y et  to   b co m p lete.   T h ese  tas k s   ar th e n   ad d ed   b ac k   to   A r r iv al  Q u e u alo n g   w i th   n e w l y   e n ter ed   tas k   in   FI FO  o r d er .   R eso u r ce   s y n c h r o n izatio n   m o d u le  w h ic h   i m p le m en ts   p r io r it y   q u eu w i th   ag in g   to   av o id   t h t ask   s tar v atio n   an d   th u s   i m p r o v ch a n ce   o f   f air   tr ea t m e n ts   to   all  th tas k s   i n   t h q u eu e   i s   u s ed   to   r e m o v th d ea d lo ck s   o n   r eso u r ce s   a m o n g   ta s k   f r o m   b lo ck   task   q u e u w h ic h   w ill  i n cr ea s th o v er all  p er f o r m an ce   o f   th R T Os.  P r o ce s s o r s   s h ar allo ca tio n s   ar e   ad j u s ted   u s in g   f ee d b ac k   an d   r eso u r ce   s y n c h r o n izatio n   tech n iq u es [ 5 8 ] .     Fin g r ain ed   ti m m a n ag e m e n a n d   f r eq u e n s o r ti n g   an d   r e - ar r an g e m e n t s   o f   ta s k s   i n   L o ca Qu eu e   an d   W aitin g   Q u e u i n cr ea s es   th C P o v er h ea d   a n d   th u s   af f ec ts   th p r o ce s s o r   u tili za t i o n   w h ich   ca n   b e   o v er co m b y   i m p le m e n ti n g   t h ese  q u eu e s   as h ar d w ar p r io r ity   q u e u e   as s h o w n   i n   f ig u r e   3 .           Fig u r 3 .   Har d w ar P r io r ity   Q u eu ar c h itect u r e       4 . 1 . 2   Q ue ue  L o a din g   P ro ce s s   Qu e u lo ad in g   i s   ac co m p lis h ed   b y   i n s er ti n g   t h n e w l y   ar r iv ed   tas k   at  t h b o tto m   o f   b i n ar y   h ea p .   P r o ce s s   o f   r ep ea ted ly   co m p ar in g   an d   s w ap p in g   w it h   ad j ac en p ar en n o d is   p er f o r m ed   u n til  t h p r io r it y   o f   n e w l y   ar r iv ed   tas k   i s   less   t h an   it s   p ar en ts .   Sh i f t   r eg i s ter   m ec h a n i s m   s h o w n   i n   f i g u r 4   in s er t s   t h n e w l y   ar r iv ed   task   i n   co n s t a n t ti m e.   T h h ea p   p r o p er ty   en s u r e s   th a t e le m e n ts   ar s o r ted   in   o r d er .     4 . 1 . 3   Q ue ue  Un - lo a din g   P ro ce s s     R e m o v th r o o task   f r o m   t h q u eu an d   r ec o n s tr u ctio n   o f   th h ea p   co n s tit u ted   th q u eu u n - lo ad in g   o p er atio n .   R o o ele m en i s   r e m o v ed   b y   r ep laci n g   i w it h   t h las ele m e n i n   t h e   q u eu e   to   k ee p   t h e   h ea p   b alan ce d .   P r o ce s s   o f   r ep ea ted ly   co m p ar i n g   a n d   s w a p p in g   w it h   s m allest  o f   th ch ild   n o d is   p er f o r m   u n t il  t h p r io r it y   r o o n o d is   less   t h an   its   ch ild .   Hi g h e s p r io r ity   v al u e   is   o b tai n ed   i n   co n s ta n ti m a n d   as   p r io r ity   q u e u is   m a n ag ed   i n   h ar d w ar e,   th p r o ce s s o r   is   n o t r eq u ir ed   to   w ait  f o r   t h o p er atio n   to   co m p lete.     4 . 1 . 4   Reso urce   Sy nchro niza t io n P ro ce s s   T ask   w h ic h   ar b lo c k ed   o n   s h ar ed   r ec o u r s es  ar e   p ar k   o n   b lo ck ed   q u eu e   w h ich   is   i m p l e m en ted   as   h ar d w ar p r io r it y   q u e u e.   T o   a v o id   th tas k   s tar v atio n   an d   f air   s h ar o f   C P ti m e,   P r io r ity   q u e u w it h   ag i n g   tech n iq u i s   u s ed .   T ask   u p lo ad   p r io r ity   i s   ca lc u lated ,   w h ich   w ill  u s ed   to   d ec id w h ich   tas k   n ex t   to   b m o v ed   f r o m   b lo ck ed   q u eu to   w ait in g   q u eu e.   I is   o b s er v th at,   g e n er all y   to   en s u r tas k s   m u s m ee its   d e ad lin e,   th s c h ed u ler s   W C E T   ar o f ten   o v er esti m ated .   T h is   ca u s e s   s y s te m   to   b u n d er - u tili s an d   w a s tes  C P r eso u r ce s .   Her w h av e x a m in e d   h o w   t h s c h ed u ler   o v er h ea d s   an d   its   v ar iatio n   ca n   b r ed u ce d   b y   m i g r ati n g   t h s c h ed u li n g   f u n ctio n alit y   to   h ar d w ar lo g ic.   F u r th er   b y   ac co m m o d ati n g   t h v ar y i n g   W C E T   o n   r u n ti m e,   in   s c h ed u li n g ,   th er is   t w o f o ld     M u /  D em u x     Qu eu e U n l o a d i n g     A d d r es s  A r b i t r a t o r     B l o c k R AM   Pr i o r i ty  Q u e u e   C o n tr o l l e r         L evel  0     L evel   1     L evel   2     L evel   3       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ R E S     I SS N:  2088 - 8708     H W   S W   C o - d esig n   o f A d a p tive  Ta s S ch ed u ler fo r   R ea l Time  S ystems   ( D in esh   Ha r ku t )   65   in cr ea s i n   th id le  ti m o f   C P w h ic h   ca n   b u tili s ed   ef f ec tiv e l y   a n d   th u s   r es u lts   i n   in cr ea s in   o v er all   p er f o r m a n ce ,   en h an ce   s y s te m   p r ed ictab ilit y   an d   ti m in g   r es o lu tio n .   A n   a n al y tical  r esu lt  co m p ar is o n   o f   th r ee   d if f er e n t c ase s   n a m el y   1.   R T OS  w it h   So f t w ar Sc h ed u l er   2.   R T OS  w it h   Har d w ar Sch ed u l er   &     3.   R T OS  w it h   A d ap tiv Har d w ar Sch ed u ler   is   d ep icted   in   f i g u r 4       5.   CO NCLU SI O N     T h co n clu s io n   f r o m   a   co m p r eh en s i v li ter atu r r e v ie w   o f   t h p u b lica tio n   th r o u g h o u t   t h e   last   t h r ee   d ec ad es,  is   th at  th m aj o r   d r a w b ac k   f r o m   s o f t w ar b ased   R T O’ s   ca n   b r em o v ed   b y   i m p l e m en tin g   t h en tire /   p ar tial  k er n el  o f   r ea l - ti m o p er atin g   s y s te m   i n   h a r d w ar e .   A ll  p ast  at te m p t s   to   d esig n   h ar d w ar R T OS  k er n el  h a s   h ad   li m i tatio n s   eit h er   in   f o r m   o f   lac k in g   k e y   R T OS  f ea tu r es /r eso u r ce s ,   b ei n g   i n f lex ib le  in   ter m s   o f   co n f i g u r ab ilit y   o r   p er h ap s   s u ff er in g   f r o m   p o o r   p er f o r m a n ce .   B y   ad d r ess i n g   th e   s et   o f   d esire d   f ea t u r es,   p er f o r m a n ce   g o als,  cle v er   d esi g n   a n d   u tili za tio n   o f   t h late s FP GA   tec h n o lo g ies,  t h i m p le m en tatio n   o f   f u l f ea t u r ed   an d   f le x ib le  h ar d w ar b ased   R T Os  is   b p o s s ib le  w h ic h   co u ld   ad d r ess   t h s h o r t co m in g s   f o u n d   in   th e   liter atu r e   A   h ar d w ar I n tell e ctu al  P r o p er ty   ( I P )   ca n   b u s ed   f o r   i m p le m e n ti n g   r o u ti n f r eq u en t l y   u s ed   h o u s e k ee p i n g   ac ti v it ies li k s c h ed u li n g ,   in ter - p r o ce s s   co m m u n ica tio n   a n d   ti m m a n ag e m e n t c o n tr o l f r o m   th   s o f t w ar OS - k er n el  to   h ar d w a r u n it.  T h is   r e s u l in   s i g n i f ic an tl y   r ed u ci n g   t h o v er h ea d   b y   m ig r ati n g   k er n el   s er v ices  to   h ar d w ar w h ich   w il i m p r o v t h r esp o n s ti m b y   i n cr ea s i n g   t h C P u t ilizatio n .   A   h ar d w ar e   k er n el   ex ec u te s   i n   p ar allel   to   t h C P U,   m in i m ize s   t h e   p r o ce s s o r   ti m e   f o r   s c h ed u li n g   ac ti v it y   a n d   t h u s   r elie v e s   p r ess u r e   f r o m   t h C P w h ich   g ets  al m o s f u ll  e x ec u tio n   t i m f o r   th ap p licatio n   tas k s .   T h er is   less   s o f t w ar co d in   m e m o r y   s i n ce   th f u n ctio n alit y   is   i m p le m en ted   i n   h ar d w ar in s tead   [ 2 3 ] .             Fig u r 4 .   Sch ed u ler   E x ec u tio n   T im Var iatio n s       s o f t w ar O w il g en er ate   clo ck   tick   i n ter r u p to   th e   C P w h en   eit h er   it   is   e x ec u ted   o r   th li s t s   o f   task s   ( q u eu e s )   ar w o r k ed   at  o r   n e w   p er io d ic  d elay   ti m e s   ar ca lcu lated   f o r   th tas k s .   W ith   th h ar d w ar e   k er n el   in   th e   s y s te m ,   it  c h ec k s   all  q u e u es   co n c u r r en tl y   a n d   o n l y   g e n er ates   an   in ter r u p to   t h C P w h e n   t h er e   is   to   b task   s w i tch   [ 5 9 ,   6 0 ] .   An o th er   ad v a n tag o f   h a v i n g   th k er n el  in   h ar d w ar i s   th p o s s ib ilit y   to   u s e   co m p le x   s c h ed u l in g   al g o r ith m s ,   u n li m ited   o f   d if f er en t q u eu e   t y p es  w it h o u t a n y   p er f o r m an c lo s s .     W h en   r ea l - ti m k er n e ls   ar im p le m e n ted   i n   s o f t w ar e,   o n o f   th d is ad v a n ta g es  i s   th at  t h ex ec u tio n   ti m e   f o r   t h s er v ice   ca lls   w ill   h a v m i n i m u m   a n d   m a x i m u m   ti m e   [ 6 1 ] .   T h ti m e   g ap   ca n   b b i g   a n d   t h e   w o r s t - ca s ti m is   o n o f   t h f ac to r s   th at  w i ll  d ec id th u tili za tio n   f ac to r   o f   th s y s te m .   T h s c h ed u li n g   ti m e                           C a s e   1   T i m e   r e qu i r e to   e xe c ut e  s pe c i al   i ns t r uc t i o n   C a s e   2       Lo c a l    Q                   C a s e   3                                             T a sk A c tu a l     E x e c u ti o n   T a sk  W o r st  C a se   E x e c u ti o     I dl e  t i me   of   C PU     T a sk R e l e a se   T i me     S c h e du l e r   E x e c u ti o n   C ase  1 : R T O S   wi t S o f t war e  Sc he du l e r ,   C ase  2 : R T O S   wi t H ar dwar e  Sc he du l e r   C ase  3 : R T O S   wi t A da pt i v e  Har dwar e  Sc he du l e r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   IJ R E S   Vo l.  5 ,   No .   1 Ma r ch   20 1 6   :   5 7     68   66   v ar ies  w it h   t h n u m b er   o f   ta s k s   an d   s ch ed u li n g   al g o r ith m   a n d   m u s b b o u n d ed   b y   p es s i m is tic   w o r s ca s e   ex ec u t io n   ti m e,   w h ich   d ec r ea s th d eter m i n is m .   W h av p r o p o s ed   t w o   p h ase   FIS  b ased   h ar d w ar t a s k   s ch ed u ler   w h ic h   u s e s   f u zz y   lo g ic   to   m o d el   th u n ce r tai n t y   at  f ir s s ta g a lo n g   w i th   ad ap ti v f r a m e w o r k   t h at  u s es  f ee d b ac k   i n   s ec o n d   s tag e.   Sc h ed u l in g   b ased   o n   s tatic  W C E T   w ill   r esu lt s   i n   lo w er   u tili za tio n   o f   p r o ce s s o r s ,   w h ic h   ca n   b o v e r co m e   b y   ad ap ti v f ee d b ac k   m ec h a n is m   w h ic h   will  u p d ate  th W C E T   p ar am e te r   o f   th tas k   w it h   A E T ,   if   th d if f er e n ce   b et w ee n   th W C E T   &   A E T   is   ex ce ed in g   t h p r d ef in th r es h o ld   v alu τ ,   w h ic h   allo w s   p r o ce s s o r s   s h ar o f   task   r u n n i n g   o n   m u ltip r o ce s s o r   to   b co n tr o lled   d y n a m ic all y   at  r u n ti m a n d   t h u s   i n cr ea s es  th o v er all  p r o ce s s o r   u tili za t io n   an d   t h u s   th s c h e d u lab ilit y .   F u r t h er ,   Star v atio n   o f   lo w   p r io r it y   ta s k   p r o b le m   is   o v er co m b y   R eso u r ce   s y n c h r o n izatio n   m o d u le  w h ich   in   t u r n s   a v o id s   th e   ag i n g   o f   ta s k B ec a u s e   o f   h ig h   g r an u lar it y ,   f r eq u en s o r tin g   an d   u p d atio n   o f   th task s   in   q u e u in cr ea s es  th o v er h ea d   w h ic h   ca n   b r ed u ce d   to   g r ea ter   ex ten b y   u s i n g   Har d w ar P r io r ity   Q u eu to   s to r th task   w h ic h   in cr ea s t h s o r tin g   s p ee d   an d   th u s   les s en   th b u r d en   o f   C P U.   T h is   in cr e ases   t h o v er all  u t ilizatio n   o f   C P an d   in cr ea s e s   th s c h ed u lab ilit y   o f   t h tas k s .       Ou r   f u t u r w o r k   i s   to   m ap   th is   p r o p o s ed   m o d el  o n   Mic r o B laze   s o f p r o ce s s o r   co r as  Mic r o B laze   FP GA   d es ig n s   ar r ea d il y   a v ailab le  a n d   ca n   b i m p le m en ted   w it h   li ttle  e f f o r t.  T h Fre eRT OS  p o r in   Mic r o B laze   is   b ein g   tar g eted   t o   b m o d if ied   an d   r u n   ta s k s   c o n cu r r en tl y   o n   m u ltip le   p r o ce s s o r s   a s   Fre e R T OS  p r o v id es  s i m p le,   ea s y   to   u s an d   h i g h l y   p o r tab le  k er n el.   T h ai m   to   p r o d u ce   v er s io n   o f   Fre eRT OS  t h at   s u p p o r ts   m u lti - co r h ar d w ar a n d   ef f icie n t h ar d w ar b ased   task   s c h ed u ler       RE F E R E NC E S   [1 ]   D.  S tew a rt,   In tro d u c ti o n   t o   Re a T i m e ,   Em b e d d e d   sy st e m s p ro g ra m m in g ,   CM P   M e d ia,   No v e m b e 2 0 0 1 .   [2 ]   Z.   De n g ,   J.W .   L iu   a n d   S .   S u n ,   D y n a m ic  sc h e d u li n g   o f   h a rd   re a l - ti m e   a p p li c a ti o n   in   o p e n   sy ste m   e n v iro n m e n t”,   T e c h .   Re p . ,   Un iv e rsity   o f   Ill in o is  a Urb a n a - Ch a m p a ig n   1 9 9 6 .   [3 ]   G .   Bu tt a z z o   a n d   J.  A .   S tan k o v ie ,   RED:  ro b u st  e a rli e st  d e a d li n e   sc h e d u li n g ,   in   P r o c e e d in g   o f   3 rd   In tern a ti o n a l   W o rk sh o p   Re sp o n siv e   Co m p u ti n g   S y ste m s,  L in c o ln ,   NH ,   p p .   1 0 0 - 1 1 1 ,   1 9 9 3 .   [4 ]   S .   M .   P e tt e rs,  Bo u n d i n g   t h e   e x e c u ti o n   ti me   o re a l - ti me   ta sk   o n   mo d e rn   p r o c e ss o rs ,   in   P r o c e e d in g   o f     7 th   In tern a ti o n a C o n f e re n c e   Re a l - T ime   Co m p u ti n g       S y ste m s an d   A p p li c a ti o n s,  Ch e j u   Isla n d ,   p p .   4 9 8 - 5 0 2 ,   2 0 0 0 .   [5 ]   J.  Zh u ,   T . G .   L e w i s,  W .   J a c k so n   a n d   R. L .   W il so n ,   S c h e d u li n g   in   h a rd   re a l - ti m e   a p p li c a ti o n s” ,   IEE so ft w a re V o l u m e   1 2 ,   p p .   5 4 - 6 3 ,   1 9 9 5 .   [6 ]   D.  G .   Ha rk u &   M . S . A li ,   Ha rd w a re   S u p p o rt  f o Rea l   T ime   Op e ra ti n g   S y ste m:  Rev iew ,   i n   P r o c e e d in g o f   IEE E   In tern a ti o n a C o n f e re n c e   o n   E n g in e e rin g   a n d   T e c h n o lo g y   (ICET E CH’1 5 ),   2 0 1 5 .   [7 ]   L .   L in d h ,   F .   S tan isc h e w sk i,   FA S T CHART   -   Per fo rm a n c e ,   Be n e fi ts  a n d   Disa d v a n t a g e o th e   Ar c h it e c tu re ,   in   P r o c e e d in g   o f   5 th   Eu r o m icro   W o rk sh o p   o n   Re a l - T im e   S y ste m s ,   1 9 9 3 .   [8 ]   F .   Ba larin ,   M .   C h io d o ,   P .   G iu sto ,   H.  Hs ieh ,   A .   Ju re c sk a ,   L .   L a v a g n o ,   C.   P a ss e ro n e ,   K.  S u z u k   a n d   B.   T a b b a ra .     Ha rd wa re - S o f t w a r e   Co - De sig n   o f   Em b e d d e d   S y ste m s:  T h e   P OL IS   A p p ro a c h ,   Klu w e A c a d e m ic  P u b li s h e rs,  1 9 9 7 .   [9 ]   J.T .   Bu c k ,   S .   H a ,   E. A .   Lee   a n d   D.G .   M e ss e rs c h m it t,   P to lem y :   A   F ra m e w o r k   f o S i m u latin g   a n d   P ro to ty p in g   H e tero g e n e o u S y ste m s ,   In ter n a ti o n a J o u rn a o Co mp u ter   S i mu la ti o n ,   sp e c ial  issu e   o n   S i m u latio n   S o f tw a r e   De v e lo p m e n t”,  p p . 1 5 5 - 1 8 2 ,   A p ril   1 9 9 4 .   [1 0 ]   L .   L in d h ,   FA S T HA RD  -   a   fa st  ti me   d e ter min isti c   h a rd wa re   b a se d   re a l - ti me   k e rn e l ,   in   P ro c e e d in g o Re a l - T i m e   S y st e m s,  4 th   Eu ro m icro   w o rk sh o p ,   p p .   2 1 - 2 5 ,   J u n e   1 9 9 2 .   [1 1 ]   Ern st,  J.  He n k e l,   T h .   Be n n e r,   W .   Ye ,   U.  Ho lt m a n n ,   D He rr m a n   a n d   M .   T ra w n y ,   T h e   COSYM e n v iro n m e n f o r   h a rd w a re   so f t wa re   c o - s y n th e sis o f   s m a ll   e m b e d d e d   sy ste m s” ,   IEE M icr o ,   p p . 1 5 9 - 1 6 6 ,   1 9 9 6 .   [1 2 ]   J.  A d o m a t,   J.  F u ru n a s,  L .   L in d h ,   a n d   J.  S tarn e r,   Rea l - t ime   k e rn e in   h a r d wa re   RT U:   a   ste p   t o wa r d d e ter min isti c   a n d   h i g h - p e rfo rm a n c e   re a l - ti me   sy ste ms ,   in   P r o c e e d in g o f   th e   8 th   Eu ro m icro   W o rk sh o p   o n   Re a l - T i m e   S y ste m s ,   L ' A q u il a ,   p p .   1 6 4 - 1 6 8 ,   Ju n .   1 9 9 6 .   [1 3 ]   L .   L in d h ,   T .   Kle v in ,   L .   L .   T .   Kle v in ,   a n d   J.  F u ru n ä s,  S c a lab le arc h it e c tu re   f o re a l - ti m e   a p p li c a ti o n s sa ra ,   in   C AD   &   CG ’9 9 ,   p p .   2 0 8 - 2 1 1 ,   1 9 9 9 .   [1 4 ]   T .   Na k a n o ,   A .   Uta m a ,   M .   Itab a s h i,   A .   S h io m a n d   M .   Im a i,   Ha rd wa re   imp lem e n ta t io n   o a   re a l - ti me   o p e ra ti n g   sy ste m” ,   in   p ro c e e d i n g   o f   IEE In tern a ti o n a S y m p o siu m   o f   1 2 th   T RON   p ro jec t,   T o k o y ,   Ja p a n ,   p p .   3 4 - 4 2 ,   No v .   1 9 9 5 .   [1 5 ]   R.   G u p ta.  Co - S y n th e sis  o f   H a r d w a re   a n d   S o f tw a r e   f o Dig it a Em b e d d e d   S y ste m s” ,   th e   S p rin g e In tern a ti o n a l   S e ries   in   E n g in e e rin g   a n d   C o m p u ter S c ien c e ,   Vo l u m e   3 2 9 ,   1 9 9 5 .     [1 6 ]   D.C.   Ku   a n d   G .   De M ich e li ,   Ha rd w a re -   a   lan g u a g e   f o h a rd w a re   d e sig n   V e 2 . 0   C S L   T e c h n ic a Re p o rt  CS L - TR - 90 - 4 1 9 ,   S tan f o rd ,   A p ril   1 9 9 0 .   [1 7 ]   P .   Ch o u ,   R.   Orte g a   a n d   G .   Bo rr i e ll o ,   T h e   C h i n o o k   Ha rd w a re   S o ft wa re   Co - S y n t h e sis  S y ste m”,   i n   P r o c e e d in g o f   th e   In ter n a ti o n a S y m p h o siu m   o n   S y st e m   S y n th e sis,  p p .   2 2 - 2 7 ,   S e p t .   1 9 9 5 .   [1 8 ]   P .   Ch o u ,   E.   W a lk u p   a n d   G .   Bo rriello .   S c h e d u li n g   f o Re a c ti v e   Re a l - T i m e   S y ste m s” .   IEE M ic ro   a rc h ive   J o u rn a l IEE Co m p u ter   S o c iety   Pre ss   L o s A la mit o s ,   CA ,   USA .   V o l u m e   1 4 ,   Iss u e   4 ,   p p .   3 7 - 4 7 ,   A u g u st 1 9 9 4 .   [1 9 ]   H.  De   M a n ,   D.   V e rk e st,  K.  V a n   Ro m p a r y   a n d   I.   B o lse n s,  Co w a re   -   A   De si g n   En v iro n m e n f o He tero g e n e o u s   Ha rd w a r e   S o f t w a re   S y ste m s” ,   De sig n   A u to m a ti o n   o f   Em b e d d e d   S y ste m s,  p p . 3 5 7 - 3 8 6 ,   Oc t.   1 9 9 6 .   [2 0 ]   S .   M ich a e l,   Co W a re   re v s to o f o S o p latf o rm   d e sig n ,   El e c tro n i c   En g in e e rin g   T ime s,  p p .   5 4 - 5 8 ,   A u g u st 2 0 0 0 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.