scholarly journals ON CHIP MEMORY REDUCTION TECHNIQUE FOR DATA DOMINATED EMBEDDED SYSTEMS

2014 ◽  
pp. 130-136
Author(s):  
Srilatha Chepure ◽  
Guru C.V. Rao ◽  
Prabhu G. Benakop

This paper proposes an approach for optimization of on-chip memory size in data dominated embedded systems. Large amount of array processing is being involved in this category. In order to produce a cost effective system, efficient designing of memory module is quite critical. The memory module configuration being selected by the designer should be well suitable for the application. In this regard, this paper presents a methodology for effective optimization of on-chip memory. For sensitive applications involving large array processing, the entire processing has to be done using embedded modules. While using such module s, care should be taken to meet optimized profile for the design metrics. With help of loop transformation technique, relatively a good amount of memory size requirement is reduced for the arrays. This approach results in a very close memory estimate and an effective optimization. This methodology can be further extended to meet the high level memory optimization applications based on cache characteristics. Speech processing front end mechanism is implemented and shows that this approach gives up to an achievement 61.3% reduction of overall system memory requirement over the estimation approach. Results are provided in terms of comparison of the two approaches of memory estimation and optimization with respect to both of the program and data segments.

Sensors ◽  
2021 ◽  
Vol 21 (9) ◽  
pp. 3022
Author(s):  
Rodrigo Vazquez-Lopez ◽  
Juan Carlos Herrera-Lozada ◽  
Jacobo Sandoval-Gutierrez ◽  
Philipp von Bülow ◽  
Daniel Librado Martinez-Vazquez

There are several tools, frameworks, and algorithms to solve information sharing from multiple tasks and robots. Some applications such as ROS, Kafka, and MAVLink cover most problems when using operating systems. However, they cannot be used for particular problems that demand optimization of resources. Therefore, the objective was to design a solution to fit the resources of small vehicles. The methodology consisted of defining the group of vehicles with low performance or are not compatible with high-level known applications; design a reduced, modular, and compatible architecture; design a producer-consumer algorithm that adjusts to the simultaneous localization and communication of multiple vehicles with UWB sensors; validate the operation with an interception task. The results showed the feasibility of performing architecture for embedded systems compatible with other applications managing information through the proposed algorithm allowed to complete the interception task between two vehicles. Another result was to determine the system’s efficiency by scaling the memory size and comparing its performance. The work’s contributions show the areas of opportunity to develop architectures focusing on the optimization of robot resources and complement existing ones.


Author(s):  
Norbert Druml ◽  
Manuel Menghin ◽  
Christian Steger ◽  
Armin Krieg ◽  
Andreas Genser ◽  
...  

Embedded systems that follow a secure and low-power design methodology are, besides keeping strict design constraints, heavily dependent on comprehensive test and verification procedures. The large set of possible test vectors and the increasing density of System-on-Chip designs call for the introduction of hardware-accelerated techniques to solve the verification time problem. As already described earlier, emulation-based methodologies based on FPGA evaluation platforms prove capable of providing a solution compared to traditional system simulation. This chapter gives an introduction into a multi-disciplinary emulation-based design evaluation and verification methodology that is based on various techniques that have been presented in chapter 5. Test and verification capabilities are enhanced by the augmentation of this approach using model-based analysis units: gate-level-based power consumption models, power supply network models, event-based performance monitors, and high-level fault modes. The feasible usage of this verification methodology in the field of contactlessly powered smart cards is finally demonstrated using several industrial case studies.


2009 ◽  
Vol 2009 ◽  
pp. 1-15 ◽  
Author(s):  
Imran Rafiq Quadri ◽  
Samy Meftali ◽  
Jean-Luc Dekeyser

As System-on-Chip (SoC) based embedded systems have become a defacto industry standard, their overall design complexity has increased exponentially in recent years, necessitating the introduction of new seamless methodologies and tools to handle the SoC codesign aspects. This paper presents a novel SoC co-design methodology based on Model Driven Engineering and the Modeling and Analysis of Real-Time and Embedded Systems (MARTE) standard, permitting us to raise the abstraction levels and allows to model fine grain reconfigurable architectures such as FPGAs. Extensions of this methodology have enabled us to integrate new features such as Partial Dynamic Reconfiguration supported by Modern FPGAs. The overall objective is to carry out system modeling at a high abstraction level expressed in a graphical language like Unified Modeling Language (UML) and afterwards transformation of these models automatically generate the necessary code for FPGA synthesis.


2021 ◽  
Vol 16 (2) ◽  
pp. 1-11
Author(s):  
Gustavo Lima ◽  
Diana Adamatti ◽  
Eduardo Brião ◽  
Cristina Meinhardt ◽  
Odorico Machado Mendizabal

Integrated systems have incorporated a variety of functionalities within the same chip, requiring on-chip communication mainly based on the Network-on-Chip (NoC) design paradigm. Complex systems may impose strict requirements concerning performance, power and reliability. Thus, the choice of proper routing algorithms to the on-chip communication for NoCs merits special attention. To assist designers to adjust communication parameters, implement routing algorithms, and check system correctness, simulators become powerful and cost-effective solutions. This article explores Multi-Agent System to develop a high level abstraction NoC simulation environment. The simulator allows designers to evaluate routing algorithms, test alternative configurations and message formats. The simulation provides important measurementssuch as rate of utilization of routers, network contention and delay in sending messages. As a case study, the XY and WF routing algorithms were modeled and analyzed. Results highlight the pros and cons of each algorithm, and outline the simulator overall performance.


2018 ◽  
Author(s):  
Βασίλειος Τσούτσουρας

Τα σύγχρονα ενσωματωμένα συστήματα, περιέχουν πληθώρα σύνθετων υπολογιστικών συσκευών συμπεριλαμβάνοντας αρχιτεκτονικά πλούσιους επεξεργαστές υψηλού κόστους, ετερογενείς συσκευές καθώς και πολυπύρηνους επεξεργαστές. Συνάμα, στο επίπεδο του συστήματος, έχουν προταθεί νέες αρχιτεκτονικές που επεκτείνουν την ιδέα του Διαδικτύου των Πραγμάτων (ΙοΤ), κάνοντας χρήση μιας πολύ-επίπεδης κατανεμημένης υποδομής, γνωστή ως υπολογισμός στα άκρα του δικτύου (Edge computing). Η σύλληψη αυτής της υποδομής πηγάζει από την ανάγκη να αντιμετωπιστούν μια σειρά από ανεπάρκειες της αρχικής υποδομής του ΙοΤ, που ήταν βασισμένη στο Νέφος (Cloud) και ήταν ως εκ τούτου εξαρτημένη από αυτό, έπασχε από προβλήματα συνδεσιμότητας και οδηγούσε σε μη αποδεκτά μεγάλες ανάγκες για επικοινωνία από τις ΙοΤ συσκευές προς το Νέφος. Στις προτεινόμενες υπολογιστικές υποδομές, προκύπτει η ανάγκη συνεργασίας των υπολογιστικών κόμβων με σκοπό να εκτελεστεί η ποικιλία των εργασιών που προέρχονται από τα εξαιρετικά δυναμικά χαρακτηριστικά του συστήματος, το οποίο περιλαμβάνει κινούμενους χρήστες και αδυναμία πρόβλεψης των αιτημάτων εκτέλεσης εφαρμογών. Επιπρόσθετα, οι νέες υπό ανάπτυξη εφαρμογές, πρέπει να έχουν σχεδιαστεί έχοντας υπόψιν την κατανομή των συσκευών, ώστε να είναι σε θέση να επωφεληθούν πλήρως από την ανανεωμένη υποδομή.Η τρέχουσα διατριβή ξεκινά εστιάζοντας στις απαιτήσεις και τον σχεδιασμό εφαρμογών που απευθύνονται σε ενσωματωμένα συστήματα πολλαπλών κόμβων. Οι υπό σχεδίαση εφαρμογές προέρχονται από τον ιατρικό κλάδο και ως εκ τούτου οι σχεδιαστικές απαιτήσεις τους δεν περιορίζονται στην υψηλή απόδοση, καθώς η ορθή και ακριβής λειτουργία των συσκευών είναι κρίσιμη για τον εν λόγω τομέα. Οι υπό ανάπτυξη εφαρμογές που στοχεύουν στην ΙοΤ αρχιτεκτονική, σχεδιάζονται ώστε να περιλαμβάνουν διακριτά, διαδοχικά στάδια εκτέλεσης που αποτελούν διαφορετικές δυναμικές διαμορφώσεις της συσκευής ώστε να μπορεί μια εφαρμογή να εκτελεστεί αποτελεσματικά σε ένα περιβάλλον που κομμάτια της ανατίθενται να εκτελεστούν σε άλλες συσκευές πύλες (Gateways). Κεφάλαια της διατριβής αφορούν επίσης τον αυτοματοποιημένο συ-σχεδιασμό υλικού και λογισμικού με χρήση σύνθεσης υψηλού επιπέδου (High Level Synthesis), ώστε να χτιστούν επιταχυμένες εκδόσεις υπολογιστικών πυρήνων για συστήματα που συνδυάζουν κεντρικές μονάδες επεξεργασίας (CPU) καθώς και επαναδιαμορφούμενο υλικό (FPGA). Οι μεθοδολογίες αυτές καταφέρουν αξιοσημείωτη μείωση στον χρόνο εκτέλεσης των υπολογιστικά απαιτητικών τμημάτων των ΙοΤ εφαρμογών.Αναφορικά με τον σχεδιασμό μιας ΙοΤ πύλης (Gateway), η χρήση ενός πολυπύρηνου συστήματος με διασύνδεση Δικτύου-σε-Ψηφίδα (Network-on-Chip) θεωρείται ως μια υποσχόμενη σχεδιαστική επιλογή ικανή να πληροί τις υπολογιστικές και επικοινωνιακές ανάγκες που προκύπτουν από την συνεργασία την πύλης με πληθώρα ΙοΤ συσκευών. Ωστόσο, το πολυπύρηνο σύστημα χρειάζεται έναν αποδοτικό μηχανισμό δυναμικής διαχείρισης των πόρων του, ώστε να αποδώσει τις αναμενόμενες επιδόσεις. Δεδομένης της πολυπλοκότητας της δυναμικής χαρτογράφησης (mapping) πολλών εφαρμογών σε ένα πολυπύρηνο σύστημα, σχεδιάστηκε και αναπτύχθηκε ένας Κατανεμημένος Δυναμικός Διαχειριστής Πόρων. Οι επιδόσεις του εν λόγω διαχειριστή αξιολογήθηκαν σε ένα πραγματικό πολυπύρηνο σύστημα, με διασύνδεση Δικτύου-σε-Ψηφίδα εν ονόματι Intel SCC. Η δυναμική φύση του περιβάλλοντος ΙοΤ, οδήγησε στην ανάλυση του συσχετισμού του ρυθμού άφιξης νέων εφαρμογών στο σύστημα, σε σχέση με την αποτελεσματικότητα του Κατανεμημένου Διαχειριστή Πόρων. Η ανάλυση αυτή έδειξε, ότι ένα γρήγορο και πολύ απαιτητικό σενάριο έλευσης εφαρμογών μπορεί να αποτελέσει το σημείο καμπής για την ποιότητα της διαχείρισης των πόρων. Επιπρόσθετα, η εφαρμογή μια κατάλληλης δυναμικής πολιτικής για την αποφυγή αυτού του προβλήματος, δυσχεραίνεται αισθητά από την κατανεμημένη φύση του διαχειριστή που απαιτεί την ομοφωνία πολλών επί μέρους δραστών (agents), ώστε να παρθεί μια τελική απόφαση, οδηγώντας αναπόφευκτα στην επιβράδυνση της λήψης της. Με σκοπό να ξεπεραστεί αυτή η αδυναμία, έγινε χρήση τεχνικών δυναμικής μεταβολής της τάσης και συχνότητας λειτουργίας του συστήματος, οι οποίες επιτρέπουν την έμμεση επιβράδυνση του ρυθμού εισαγωγής νέων εφαρμογών στο σύστημα, απαιτώντας παράλληλα την συνεννόηση μόνο ενός μικρού υποσυνόλου των δραστών που είναι ενεργοί. Η πολιτική αυτή υλοποιήθηκε ως επέκταση του κατανεμημένου διαχειριστή πόρων και απεδείχθη ότι είναι σε θέση να ανακουφίσει αποτελεσματικά το σύστημα όταν βρίσκεται σε επιβαρυμένη κατάσταση.Η υψηλή κλιμάκωση των ψηφιακών κυκλωμάτων των σύγχρονων πολυπύρηνων συστημάτων, καθώς και η διαρκής και παρατεταμένη λειτουργία τους αυξάνει την πιθανότητα παρουσίασης σφαλμάτων στα επεξεργαστικά τους στοιχεία. Αυτό, σε συνδυασμό με την εξάρτηση των ΙοΤ συσκευών από την ορθή λειτουργίας της συσκευής πύλης, οδήγησε στην επέκταση του κατανεμημένου διαχειριστή πόρων ώστε να χαρακτηρίζεται από ανοχή στα προαναφερθέντα σφάλματα. Η επέκταση αυτή βασίζεται στην δυναμική αντιμετώπιση των σφαλμάτων, λαμβάνοντας επίσης υπόψιν τον φόρτο εργασίας του κάθε πυρήνα κατά την διάρκεια της ανάνηψης από το σφάλμα. Ακόμα, ο σχεδιασμός απέχει από την χρήση εφεδρικών (spare) πυρήνων, αλλά βασίζεται στην αυτό-οργάνωση των υγιών δραστών του συστήματος ώστε να αντικατασταθούν οι εσφαλμένοι. Πέρα από την ανάνηψη, αναπτύχθηκε και ένας μηχανισμός αναγνώρισης των σφαλμάτων, ο οποίος λαμβάνει υπόψιν του τα επικοινωνιακά μοτίβα του διαχειριστή πόρων, ώστε να μειώσει την επιβάρυνση της αναγνώρισης σφαλμάτων στην δραστηριότητα των υγιών δραστών του συστήματος.Τέλος, οι βασικές ιδέες της κατανεμημένης διαχείρισης πόρων επεκτάθηκαν ώστε να υποστηρίξουν την δυναμική διαπραγμάτευση πόρων σε συστήματα υπολογισμού στην άκρη του δικτύου (Edge computing) με πολλούς ενδιάμεσους κόμβους πύλες. Αυτοί οι κατανεμημένοι κόμβοι, κάνουν χρήση μηχανισμών βασισμένων στις ιδέες του εμπορίου ώστε να βελτιστοποιήσουν την παρεχόμενη ποιότητα υπηρεσίας στους αντίστοιχους ΙοΤ κόμβους συνδρομητές στις υπηρεσίες της πύλης, τηρώντας ταυτόχρονα τους λειτουργικούς περιορισμούς αυτών των ΙοΤ συσκευών. Οι μηχανισμοί αυτοί οδηγούν στην πιο αποτελεσματική σύνδεση των ΙοΤ συσκευών στις πύλες, επιτρέποντας έτσι την πλήρη χρήση των πόρων των δεύτερων για την εξυπηρέτηση της λειτουργίας των πρώτων.


Author(s):  
A. Ferrerón Labari ◽  
D. Suárez Gracia ◽  
V. Viñals Yúfera

In the last years, embedded systems have evolved so that they offer capabilities we could only find before in high performance systems. Portable devices already have multiprocessors on-chip (such as PowerPC 476FP or ARM Cortex A9 MP), usually multi-threaded, and a powerful multi-level cache memory hierarchy on-chip. As most of these systems are battery-powered, the power consumption becomes a critical issue. Achieving high performance and low power consumption is a high complexity challenge where some proposals have been already made. Suarez et al. proposed a new cache hierarchy on-chip, the LP-NUCA (Low Power NUCA), which is able to reduce the access latency taking advantage of NUCA (Non-Uniform Cache Architectures) properties. The key points are decoupling the functionality, and utilizing three specialized networks on-chip. This structure has been proved to be efficient for data hierarchies, achieving a good performance and reducing the energy consumption. On the other hand, instruction caches have different requirements and characteristics than data caches, contradicting the low-power embedded systems requirements, especially in SMT (simultaneous multi-threading) environments. We want to study the benefits of utilizing small tiled caches for the instruction hierarchy, so we propose a new design, ID-LP-NUCAs. Thus, we need to re-evaluate completely our previous design in terms of structure design, interconnection networks (including topologies, flow control and routing), content management (with special interest in hardware/software content allocation policies), and structure sharing. In CMP environments (chip multiprocessors) with parallel workloads, coherence plays an important role, and must be taken into consideration.


2021 ◽  
Vol 11 (1) ◽  
Author(s):  
Haoran Wang ◽  
Anton Enders ◽  
John-Alexander Preuss ◽  
Janina Bahnemann ◽  
Alexander Heisterkamp ◽  
...  

Abstract3D printing of microfluidic lab-on-a-chip devices enables rapid prototyping of robust and complex structures. In this work, we designed and fabricated a 3D printed lab-on-a-chip device for fiber-based dual beam optical manipulation. The final 3D printed chip offers three key features, such as (1) an optimized fiber channel design for precise alignment of optical fibers, (2) an optically clear window to visualize the trapping region, and (3) a sample channel which facilitates hydrodynamic focusing of samples. A square zig–zag structure incorporated in the sample channel increases the number of particles at the trapping site and focuses the cells and particles during experiments when operating the chip at low Reynolds number. To evaluate the performance of the device for optical manipulation, we implemented on-chip, fiber-based optical trapping of different-sized microscopic particles and performed trap stiffness measurements. In addition, optical stretching of MCF-7 cells was successfully accomplished for the purpose of studying the effects of a cytochalasin metabolite, pyrichalasin H, on cell elasticity. We observed distinct changes in the deformability of single cells treated with pyrichalasin H compared to untreated cells. These results demonstrate that 3D printed microfluidic lab-on-a-chip devices offer a cost-effective and customizable platform for applications in optical manipulation.


Polymers ◽  
2021 ◽  
Vol 13 (7) ◽  
pp. 1113
Author(s):  
Mohammed Asadullah Khan ◽  
Jürgen Kosel

An integrated polymer-based magnetohydrodynamic (MHD) pump that can actuate saline fluids in closed-channel devices is presented. MHD pumps are attractive for lab-on-chip applications, due to their ability to provide high propulsive force without any moving parts. Unlike other MHD devices, a high level of integration is demonstrated by incorporating both laser-induced graphene (LIG) electrodes as well as a NdFeB magnetic-flux source in the NdFeB-polydimethylsiloxane permanent magnetic composite substrate. The effects of transferring the LIG film from polyimide to the magnetic composite substrate were studied. Operation of the integrated magneto hydrodynamic pump without disruptive bubbles was achieved. In the studied case, the pump produces a flow rate of 28.1 µL/min. while consuming ~1 mW power.


Author(s):  
Nilanjan Mukherjee ◽  
Artur Pogiel ◽  
Janusz Rajski ◽  
Jerzy Tyszer
Keyword(s):  

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document