فایل وظایف برنامه کاربردی بی‌درنگ سخت بر روی شبکه بر تراشه ناهمگن با هدف کاهش توان مصرفی

توضیحات

فایل وظایف برنامه کاربردی بی‌درنگ سخت بر روی شبکه بر تراشه ناهمگن با هدف کاهش توان مصرفی
این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فهرست مطالب هشت
چکيده 1
فصل اول: مقدمه 2
1-1 مقدمه 2
1-2 معرفی شبکه روی تراشه 4
1-3 مسئله نگاشت در شبکه روی تراشه 7
1-4 مفهوم برنامه های کاربردی بیدرنگ 9
1-5 مسئله توان در شبکه بر روی تراشه 11
1-6 هدف پایان‌نامه 11
1-7 ساختار ادامه پایان‌نامه 12
فصل دوم: معماری شبکه روی تراشه 13
2-1 مقدمه 13
2-2 معماری شبکه روی تراشه 14
2-3 هم‌بندی شبکه 17
2-4 مسیریابی و الگوریتم‌های مسیریابی 19
2-5 راه‌گزینی 22
2-6 کانال مجازی 27
2-7 نتیجه‌گیری 28
فصل سوم: مروری بر مفاهیم نگاشت و کارهای انجام شده 29
3-1 مقدمه 29
3-2 روش‌های نگاشت ایستا 29
3-2-1 نگاشت دقیق 31
3-2-2 نگاشت مبتنی بر جستجو 32
3-3 روش‌های نگاشت پویا 45
3-4 نتیجه‌گیری 47
فصل چهارم: روش پیشنهادی 48
4-1 مقدمه 48
4-2 معرفی طرح کلی روش پیشنهادی 49
4-3 اجزای طرح پیشنهادی 52
4-3-1 مدل کاربرد 52
4-3-2 مدل معماری شبکه بر تراشه 55
4-3-3 مدل تحلیلی بررسی قابلیت زمانبندی 57
4-3-4 مدل تحلیلی توان 62
4-3-5 الگوریتم ژنتیک چند هدفه NSGA-II 63
4-4 نتیجه‌گیری 74
فصل پنجم: ارزیابی نتایج 76
5-1 مقدمه 76
5-2 معیارهای ارزیابی 76
5-3 معرفی محک مورد استفاده 79
5-4 محیط شبیه‌سازی 83
5-5 ارزیابی نتایج 84
5-6 نتیجه‌گیری 99
فصل ششم: جمع‌بندی و ارائه‌ی پیشنهادات 100
6-1 مقدمه 100
6-2 مرور مطالب 101
6-3 کارهای آینده 103
6-4 نتیجه‌گیری 104
مراجع 105
فهرست شکل­ها
عنوان صفحه
شکل ‏1‑1 نمایی کلی از سیستم بر تراشه با دو ساختار ارتباطی (1) گذرگاه (2) نقطه به نقطه 4
شکل ‏1‑2 مسئله نگاشت هسته‌های پردازشی به گره‌های شبکه روی تراشه 8
شکل ‏1‑3 مسئله نگاشت وظایف بر روی هسته‌های پردازشی شبکه 9
شکل ‏2‑1 معماری شبکه روی تراشه 15
شکل ‏2‑2 ساختار کلی مسیریاب در شبکه روی تراشه 17
شکل ‏2‑3 همبندی‌های مختلف شبکه بر روی تراشه، 1) توری مدور، 2) توری، 3) SPIN، 4) BFT، 5) هشت وجهی، 6) توری مدور تا خورده 18
شکل ‏2‑4 دسته‌بندی الگوریتم‌های مسیریابی 21
شکل ‏2‑5 مسیرهای پیموده شده توسط الگوریتمXY 23
شکل ‏2‑6 شبه کد الگوریتم مسیریابیXY 23
شکل ‏2‑7 روش‌های راه‌گزینی 24
شکل ‏2‑8 راه‌گزینی مداری 24
شکل ‏2‑9 راه‌گزینی بسته‌ای 25
شکل ‏2‑10 اجزای یک پیغام در راه‌گزینی خزشی 26
شکل ‏2‑11 مسدود شدن یک بسته در شبکه و ایجاد بن‌بست 27
شکل ‏2‑12 روش‌های راه‌گزینی ذخیره و ارسال (a) و خزشی (b) 27
شکل ‏2‑13 تسهیم کردن کانال خروجی و رفع بن‌بست توسط کانال مجازی 28
شکل ‏3‑1 طبقه‌بندی روش‌های نگاشت 30
شکل ‏3‑2 جریان طراحی الگوریتم در [40] 35
شکل ‏3‑3 ساختار ذره در الگوریتم PSO 39
شکل ‏3‑4 نگاشت کاربرد روی NOC به صورت مارپیچ 41
شکل ‏3‑5 مثال ادغام دوجمله‌ای (N=16) 42
شکل ‏3‑6 مفهوم انتخاب مسیر لوزی شکل 44
شکل ‏3‑7 مسیر زیگزاک برای نگاشت هسته 44
شکل ‏3‑8 روش نگاشت پویای سلسله مراتبی 46
شکل ‏4‑1 نمونه‌ای از شبکه روی تراشه ناهمگن 51
شکل ‏4‑2 درگاه خروجی مسیریاب در داوری براساس اولویت 57
شکل ‏4‑3 مثال تداخل مستقیم و غیرمستقیم جریان‌های ترافیکی 60
شکل ‏4‑4 نحوه عملکرد الگوریتم NSGA-II 65
شکل ‏4‑5 سطوح نامغلوب در الگوریتم NSGA-II 66
شکل ‏4‑6 محاسبه‌ی فاصله ازدحام 66
شکل ‏4‑7 مراحل الگوریتم ژنتیک NSGA-II 67
شکل ‏4‑8 ساختار کروموزوم 68
شکل ‏4‑9 ساختار کلی الگوریتم ژنتیک. 70
شکل ‏4‑10 انتخاب مسابقه‌ای دودویی 71
شکل ‏4‑11 روش تقاطع تک نقطه‌ای 72
شکل ‏5‑1 مدل کاربرد وسیله‌ی نقلیه‌ی خودمختار 80
شکل ‏5‑2 همگرایی جواب‌ها با نرخ تقاطع 5/0 و نرخ جهش 01/0 بدون استفاده از توابع امکان‌پذیری و میزان بهره‌وری در شبکه بر تراشه 4×4 89
شکل ‏5‑3 همگرایی جواب‌ها با نرخ تقاطع 5/0 و نرخ جهش 01/0 برای کاربرد وسیله‌ی نقلیه خودمختار در روش [50] 90
شکل ‏5‑4 همگرایی جواب‌ها با نرخ تقاطع 5/0 و نرخ جهش 01/0 با به کار بردن توابع امکان‌پذیری و میزان بهره‌وری در شبکه بر تراشه 4×4 91
شکل ‏5‑5 همگرایی جواب‌ها با نرخ تقاطع 5/0 و نرخ جهش 01/0 بدون استفاده از توابع امکان‌پذیری و میزان بهره‌وری در شبکه بر تراشه 5×5 93
شکل ‏5‑6 همگرایی جواب‌ها با نرخ تقاطع 5/0 و نرخ جهش 01/0 با به کاربردن توابع امکان‌پذیری و میزان بهره‌وری در شبکه بر تراشه 5×5 94
شکل ‏5‑7 همگرایی جواب‌ها با نرخ تقاطع 5/0 و نرخ جهش 01/0 بدون استفاده از توابع امکان‌پذیری و میزان بهره‌وری در شبکه بر تراشه 3×3 95
شکل ‏5‑8 همگرایی جواب‌ها با نرخ تقاطع 5/0 و نرخ جهش 01/0 با به کاربردن توابع امکان‌پذیری و میزان بهره‌وری در شبکه بر تراشه 3×3 95
شکل ‏5‑9 همگرایی جواب‌ها با نرخ تقاطع 5/0 و نرخ جهش 01/0 با به کار بردن توابع امکان‌پذیری و میزان بهره‌وری در شبکه بر تراشه 4×4 با دو برابر کردن وظایف 96
شکل ‏5‑10 همگرایی جواب‌ها با نرخ تقاطع 5/0 و نرخ جهش 01/0 بدون استفاده از توابع امکان‌پذیری و میزان بهره‌وری در شبکه بر تراشه 4×4 با دو برابر کردن وظایف 97
شکل ‏5‑11 همگرایی جواب‌ها با نرخ تقاطع 8/0 و نرخ جهش 01/0 با به کار بردن توابع امکان‌پذیری و میزان بهره‌وری در شبکه بر تراشه 4×4 97
شکل ‏5‑12 همگرایی جواب‌ها با نرخ تقاطع 5/0 ، نرخ جهش 01/0 و انتخاب مسابقه‌ای با اندازه‌ی 3 با به کار بردن توابع امکان‌پذیری و میزان بهره‌وری در شبکه بر تراشه 4×4 98
شکل ‏5‑13 همگرایی جواب‌ها با نرخ تقاطع 5/0 و نرخ جهش 01/0 با فرض همگن بودن شبکه بر تراشه 98
فهرست جدول­ها
عنوان صفحه
جدول ‏5‑1 وظایف تشکیل دهنده‌ی کاربرد 81
جدول ‏5‑2 جریان‌های ترافیکی بین وظایف کاربرد 82
جدول ‏5‑3 مشخصات وظایف کاربرد 85
جدول ‏5‑4 بدترین زمان اجرا و توان مصرفی هر یک از وظایف بر روی هسته‌های پردازشی 86
جدول ‏5‑5 معیارهای استفاده شده در الگوریتم ژنتیک چندهدفه‌ی NSGA-II 88
جدول ‏5‑6 مقادیر توابع هدف در جبهه‌ی نامغلوب نهایی 92
جدول ‏5‑7 خلاصه‌ای از نتایج ارائه شده بر روی شبکه‌های با ابعاد مختلف با نرخ جهش 01/0 و نرخ تقاطع 5/0 99
جدول ‏5‑8 خلاصه‌ای از نتایج الگوریتم پیشنهادی در برخی حالات خاص در شبکه بر تراشه 4×4 99
چکيده
امروزه با پیشرفت فن­آوری نیمه­هادی­ها، تعداد مولفه­های پردازشی در یک سیستم روی تراشه (SOC) افزایش یافته است. معماری ارتباطی در این قبیل سیستم­ها مبتنی بر گذرگاه می­باشد. از این رو، با افزایش تعداد مولفه­های پردازشی و با توجه به عدم کارایی و توسعه­پذیری گذرگاه­، مفهوم شبکه روی تراشه یا NOC به عنوان یک طرح ارتباطی درون تراشه­ای کارآمد و مقیاس­پذیر، جهت غلبه بر مشکلات گذرگاه­ها مطرح شده است. یکی از چالش­های مهم در تحقیقات مربوط به NOCها، مسئله نگاشت وظایف یک برنامه کاربردی بر روی هسته­های پردازشی متصل به مسیریاب­های شبکه است که این هسته­ها می­توانند به صورت همگن یا ناهمگن باشند. از طرف دیگر، یکی از پرکاربردترین برنامه­های کاربردی، برنامه­های کاربردی تعبیه شده با نیازمندی­های زمانی بی­درنگ می­باشند. در بسیاری از کارهای انجام شده، به مسئله نگاشت بر روی هسته­های پردازشی همگن پرداخته شده است و سعی در ارائه راه حل کارآمد کرده­اند. اما تقریبا در اکثر طرح­های پیشنهاد شده، ویژگی ناهمگن بودن هسته­ها علی­رغم آن­که به واقعیت نزدیک­تر است، نادیده گرفته شده است. هم­چنین ویژگی بی­درنگ بودن کاربردها، مورد توجه عمده کارهای پژوهشی انجام گرفته، نیز نبوده است. یکی از چالش­های دیگر در شبکه روی تراشه، میزان توان مصرفی در NOC می­باشد. در این پایان­نامه، به مسئله نگاشت وظایف یک برنامه کاربردی بی­درنگ سخت بر روی هسته­های پردازشی NOC با فرض ناهمگن بودن، پرداخته شده است به­طوری­که علاوه بر این­که محدودیت­های زمانی وظایف رعایت شود، اتلاف توان در شبکه روی تراشه نیز کمینه گردد. با توجه به این که حل بهینه مسئله نگاشت یک مسئله NP-hard است، در طرح پیشنهادی از یک الگوریتم ژنتیک چند هدفه استفاده می­شود. برای همگرایی سریع­تر الگوریتم، معتبر بودن هر راه حل بدست آماده اعتبارسنجی می­گردد تا هزینه اجرای الگوریتم ژنتیک کاهش یابد. اگر چه طرح پیشنهادی برای شبکه­های روی تراشه ناهمگن ارائه شده است اما مقایسه نتایج آن با طرح­های روی تراشه­های همگن نشان دهنده­ی سربار ناچیز طرح پیشنهادی است.
کلمات کليدی: 1- شبکه روی تراشه 2-نگاشت 3-برنامه کاربردی بی‌درنگ سخت 4-الگوریتم ژنتیک چندهدفه