herramienta para el modelado y análisis de planificabilidad de aplicaciones rt-java sobre rt-linux

1

Herramienta para el modelado y análisis de planificabilidad de aplicaciones RT-Java sobre RT-Linux

Máster en ComputaciónDirector de TFM: José María Drake Moyano

José María Martínez Lanza

2

Tabla de contenidos

Introducción Herramienta RTLinuxNodeModelEstimator Módulo TimeMntr Herramienta RTCode4TimeMntr Aplicación BURTA Conclusiones y trabajo futuro

3

Tabla de contenidos

Introducción Aplicaciones RT-Java Objetivos Patrones de diseño de aplicaciones de tiempo real Estructura de modelos de planificabilidad

Herramienta RTLinuxNodeModelEstimator Módulo TimeMntr Herramienta RTCode4TimeMntr Aplicación BURTA Conclusiones y trabajo futuro

4

Aplicaciones RT-Java

Industria y JAVAEspecificación RTSJAplicaciones en RT-Java

5

Objetivos

Herramienta para la evaluación del modelo de plataforma.

Herramienta para la evaluación del modelo lógico y reactivo de

aplicación RT-Java.Test Java project

Annotated Java code class

InstrumentedJava class

Java project

Applicationreal-time model

Applicationconfiguration data

Instrumentationcode generator

MASTTool box

Emulated environment

Embedded processor

Executes

Executes

Schedulabilityanalysis

Instrumentation

6

Patrones de diseño de TR

Patrón Protected

obj:ProtectedClass client1 client2 client3

«synchronized» oper1()

«protected» «active» «active» «active»obj.lockPClass.lock

used

free «synchronized» oper1()


«staticSynchronized» staticOper()

blocked

7


Respuesta periódica con requisito temporal final

act_1 act_3act_2

rt-thread

timer

Other rt-responses

mutexPeriodic activation

deadline

8


Respuesta periódica con requisito temporal final

9


Respuesta a un evento del entorno con requisito temporal final

act_1 act_3act_2

rt-thread

Other rt-responses

mutex

deadline

enviroment

Event occurrency

10


Respuesta a un evento del entorno con requisito temporal final

Environment Handler Task

«entry»awaitEvent()

«postWaiting»initHandling()«executorTask»task()

«entry»awaitEvent()

return

event

awaiting

«eventHandler» «rtTaskJob»

11


Respuestas con requisitos temporales intermedios

act_1 act_3act_2

rt-thread1

timer

Other rt-responses

mutex1Periodic activation

deadline2deadline1 rt-thread2

mutex2

act_1 act_3act_2

rt-thread1

Other rt-responses

mutex1

deadline2deadline1 rt-thread2

mutex2

enviroment

Event occurrency

12


Respuestas con requisitos temporales intermedios

obj:Synchr server Client1 Client2

«entry» await()

«protected» «active» «active» «active»obj.lock

used

free

«postWaiting»process()


«trigger»active()

blocked

«trigger»change()

13


Respuesta con jitter acotado de entrada y salida

act_1 act_3act_2

rt-thread

timer

Other rt-responses

mutex

Periodic activation

fBoundedJitter

sBoundedJitter

sPriority bPriority fPriority

offset

14


Respuesta con jitter acotado de entrada y salida

15


Respuesta que se comunica con un sistema de no tiempo real

act_1 act_3act_2

rt-thread

timer

No real-time subsystem

waitFreeMutex

Periodic activation

deadline

16


Respuesta que se comunica con un sistema de no tiempo real

obj:Bridge RTClient NRTClient

«waitFreeSynchronized» freeWaitPut()

«waitFreeProtected» «active» «active»obj.lock

used

free

«synchronized»blockingGet()

return

blocked

return

returnreturn

«synchronized»blockingPut()

«waitFreeSynchronized» freeWaitGet()

«waitFreeSynchronized» freeWaitPut()

no blocking

17

Modelos de planificabilidad

Modelo de plataforma:RTSJ en Linux: Planificador y relojes.

Modelo lógico:Elementos de modelado.

Modelo reactivo:Respuestas

Modelo plataforma

Modelo reactivo

Modelo lógico

18

Tabla de contenidos

Introducción Herramienta RTLinuxNodeModelEstimator

Parámetros de plataforma y estrategia de medida Programa de medida

Módulo TimeMntr Herramienta RTCode4TimeMntr Aplicación BURTA Conclusiones y trabajo futuro

19

Parámetros y estrategia

Rango de prioridadesCambios de contexto entre threadsUso de CPU del no-rt timerResolución del rt timer

20



21


Rango de prioridadesCambios de contexto entre threads

Suspensión temporal

Uso de CPU del no-rt timerResolución del rt timer

hThread

lThread

Context switch

suspension clock activation

Texec Tsusp

Tsusp

Timed context switch

22



Suspensión en un objeto protegido


hThread

lThread

Context switch

wait()Texec

Tsusp

Context switch time

notify()

23



Cambio cruzado de prioridad


hThread

lThread

Context switch

Context switch time

hThread.priority

lThread.priority

24



Suspensión en un mutex


hThread

lThread

Context switch

Context switch time

unlockunlock unlock locklocklock lockunlock

hThread locked lThread locked

highPrty

lowPrty

25


Rango de prioridadesCambios de contexto entre threadsUso de CPU del no-rt timer

Resolución del rt timer

1 ms

t1 t2 t3 t4t5

1)

2)

3)

primer ms

26



27

Programa de medida

Estructura del programa

Modelo MAST2Informe de texto

28

Programa de medida

Estructura del programaModelo MAST2

Informe de texto

<mast_mdl:MAST_MODEL Model_Name="RTLinuxNode" Model_Date="2013-04-03T23:05:18" ...">

...<mast_mdl:Fixed_Priority_Policy

Min_Priority="11" Max_Priority="58" Worst_Context_Switch="28.96E-6" Avg_Context_Switch="9.036E-6" Best_Context_Switch="8.171E-6"/>

</mast_mdl:Primary_Scheduler></mast_mdl:MAST_MODEL>

29

Programa de medida

Estructura del programaModelo MAST2Informe de texto*************** RTLinuxModelEstimator application results report ****************

*** Priority Range Probe ********************************************************

Highest Real-time priority = 58

Lowest Real-time priority = 11

*********************************************************************************

*** Timed Suspension Context Switch Probe ***************************************

Number of context switches = 5772

Maximum context switch time = 28.96E-6

Minimum context switch time = 10.82E-6

Average context switch time = 12.76E-6

*********************************************************************************

30

Tabla de contenidos

Introducción Herramienta RTLinuxNodeModelEstimator Módulo TimeMntr

Estrategia de herramienta y definición de anotaciones Programa de medida

Herramienta RTCode4TimeMntr Aplicación BURTA Conclusiones y trabajo futuro

31

Estrategia y anotaciones

Invocaciones durante los ciclos de ejecuciónAnotaciones estilo JAVADOC y a partir de los

estereotipos de los patrones: (/* *@OORT_.... */)

/** * @OORT_protected */

Clase Protected {

Constructor(){

…

}

/** * @OORT_synchronized */

synchronized(){

…

}

}

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Programa de medida

Clase principal y listas de elementosTimeMntr

ThreadMntr ProtectedOperMntr MutexMntr

name:String

mutex

name:Stringwcet:doubleacet:doublebcet:doubletype:ProtectedOperTypejidSet:set(long)

name:Stringjid:longwcet:doubleacet:doublebcet:doublepriority:intoperList:list(ProtectedOperMntr)isSegment:boolean

thread protectedOper mutex

«enum»

ProtectedOperType

SYNCHRONIZEDTRIGGERENTRYSYNCHRONIZER_ENTRYPOSTWAITINGSTATIC_SYNCHRONIZEDSTATIC_TRIGGERSTATIC_ENTRYSTATIC_SYNCHRONIZER_ENTRYSTATIC_POSTWAITING

entryentry

nextSegment 0..1

0..1

Atributo en cursiva es generado por el algoritmo de creación del modelo

0..1

1

* * *

trigger

callEntry

0..1

0..1

33

Tabla de contenidos

Introducción Herramienta RTLinuxNodeModelEstimator Módulo TimeMntr Herramienta RTCode4TimeMntr

Instrumentación del código de la aplicación de tiempo real Estrategias de herramienta

Aplicación BURTA Conclusiones y trabajo futuro

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Instrumentación de código

Patrones ejecutoresimport TimeMntr.*;

/* * @OORT_eventHandler // @OORT_periodicExecutor */Clase Executor {

private int monitores;Constructor(){

…}

public void run(){createThreadMnrt();recordThrProcessInstant();while(!interrupted()){

…recordThrProcessInstant();

}

}

}

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Patrones protegidosimport TimeMntr.*;

/** * @OORT_protected // @OORT_eventSource // @OORT_synchronizer */Clase Protected {

private int monitores;Constructor(){

…createProtectedResource();createProtectedOperMntr();

}

/** * @OORT_eventTrigger */eventTrigger(){

recordOperProcessInstant();…notify();…recordOperProcessInstant();

}}

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MainImport TimeMntr.*;

/** * @OORT_main */Clase Main {

private static TimeMntr mntr;Main(){

new NoHeapRealTimeThread().run(){mntr = new TimeMntr();… .start() / .close() …mntr.stopRecordingData();mntr.createMastModel();

}}

}

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Estrategias de herramienta

38

Tabla de contenidos

Introducción Herramienta RTLinuxNodeModelEstimator Módulo TimeMntr Herramienta RTCode4TimeMntr Aplicación BURTA

Especificación y diseño lógico de la aplicación Diseño de la respuesta MetrologyUpdating Generación del modelo de planificabilidad

Conclusiones y trabajo futuro

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Especificación y diseño lógico

DAQRT-Driver

HalfMemorInterr. Real-time Susbsystem

No real-time Subsystem

Sampler

Connection

monitor

Perturbograph

Metrology

Processor

Publisher

Perturbation event

Message

stream

Waveform

Metrology

Data

Perturbogram

Switch

Configuration

40

Diseño de MetrologyUpdating

Clock:MetrologyExecutor :Metrology [*]:Waveform [*]:Metrology

Data:Perturbogram

:PerturbographExecutor :Perturbograph ms:MssgStreamer

:time out update()

update()

updateStatisticData()

finalized()

awaitPerturbogram()

awaitPerturbogram()

submit()submitPerturbogram()

return awaitP…

deadline= 0.2 s

Periodic{period 0.2 s}

For all Waveform instances

For all MetrologyData instances

If ms.lock is free

marshal()

Or addPreData() or addPostdata()

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Generación del modelo

Clase instrumentada por RTCode4TimeMntr/* *@OORT_eventHandler */

private class PerturbographExecutor extends NoHeapRealtimeThread{

private Perturbogram target;

private Perturbograph task;

private int peSrc;

public PerturbographExecutor(…) {

super(…);

}

public void run(){

peSrc = tTimeMntr.createThreadMntr(TimeMntr.toString(this));

PerturbogramData pData = new PerturbogramData();

TimeMntr.recordTheadTime(peSrc);

while(!interrupted()){

target.awaitPerturbogram(pData);

task.submit(pData);

TimeMntr.recordTheadTime(peSrc);

}

}

}

42


Modelo obtenido con TimeMntr

<mast_mdl:Thread Name="Perturbograph.PerturbographExecutor_1e51060.thread" Scheduler="platformNode.sheduler">

<mast_mdl:Fixed_Priority_Params Priority="41"/>

</mast_mdl:Thread>

<mast_mdl:Enclosing_Operation Name="Perturbograph.PerturbographExecutor_1e51060.response"

Worst_Case_Execution_Time="977.920241E-3"

Avg_Case_Execution_Time="975.023895E-3"

Best_Case_Execution_Time="861.168964E-3">

<mast_mdl:Operation Name="Perturbogram_9ed927.awaitPerturborgram"/>

<mast_mdl:Operation Name="Perturbogram_9ed927.marshall"/></mast_mdl:Enclosing_Operation>

43


Modelo obtenido con TimeMntr

<mast_mdl:Thread Name="Metrology.MetrologyExecutor_1a679b7.thread" Scheduler="platformNode.sheduler">

<mast_mdl:Fixed_Priority_Params Priority="47"/>

</mast_mdl:Thread>

<mast_mdl:Regular_End_To_End_Flow Name="Metrology.MetrologyExecutor_1a679b7.e2ef">

<mast_mdl:Periodic_Event Name="trigger" Period="0E0"/>

<mast_mdl:Internal_Event Name="end">

<mast_mdl:Hard_Global_Deadline Referenced_Event="trigger" Deadline="0E0"/>

</mast_mdl:Internal_Event>

<mast_mdl:Internal_Event Name="internalEvent0"/>

<mast_mdl:Step Input_Event="trigger" Output_Event="internalEvent0"

Step_Schedulable_Resource="Metrology.MetrologyExecutor_1a679b7.thread"

Step_Operation="Metrology.MetrologyExecutor_1a679b7.response"

Hold_Schedulable_Resource="NO"/>

<mast_mdl:Step Input_Event="internalEvent0" Output_Event="end"

Step_Schedulable_Resource="Perturbograph.PerturbographExecutor_1e51060.thread"

Step_Operation="Perturbograph.PerturbographExecutor_1e51060.response"

Hold_Schedulable_Resource="NO"/>

</mast_mdl:Regular_End_To_End_Flow>

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Tabla de contenidos

Introducción Herramienta RTLinuxNodeModelEstimator Módulo TimeMntr Herramienta RTCode4TimeMntr Aplicación BURTA Conclusiones y trabajo futuro

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Conclusiones y trabajo futuro

Resultados satisfactoriosAplicaciones funcionales

RTNodeModelEstimator: Tiempos de acceso a drivers de tiempo real

RTCode4TimeMntr: Optimización del código y nuevos algoritmos

TimeMntr: Implementación de “merge” y “fork” para threads

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Gracias por su atención, ¿preguntas?

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