An extensible interface subsystem for a novel time-triggered system-on-a-chip architecture

Abstract

The Time-Triggered System-on-a-Chip (TTSoC) architecture provides a predictable integrated execution environment for the component-based design of many types of embedded applications. It was inspired by the experience gained in previous related research efforts, like the Dependable Embedded Components and Systems (DECOS) project, which focused on the integration of mixed-criticality application subsystems. The TTSoC architecture provides a predictable time-triggered Network-on-a-Chip (NoC) to maintain strict encapsulation of the different cores and to support safety-critical real-time applications. The encapsulation mechanisms facilitate to manage the rising complexity of today's and future embedded systems by allowing a larger system to be broken down into smaller subsystems that can be designed independently. The NoC establishes a message-based, a priori scheduled communication between different cores. This thesis focuses on the design and implementation of the NoC interface. In addition, possible extensions used to improve the functional range of the TTSoC, Middleware Plug-Ins, are introduced.<br />To show the advantages of this concept, a Direct Memory Access (DMA) Plug-In and, to support application systems requiring Triple Modular Redundancy, a Voter Plug-In are described.<br />

Die zeitgesteuerte System-on-a-Chip (Time-Triggered System-on-a-Chip, TTSoC) Architektur bietet eine vorhersagbare integrierte Betriebsumgebung für die komponentenbasierte Entwicklung vieler Arten von Echtzeitsystemen. Diese Architektur wurde von früheren Erfahrungen mit verwandten Forschungen, wie dem "Dependable Embedded Components and Systems (DECOS)" Projekt, welches sich auf die Integration von Teilsystemen von Applikationen mit unterschiedlicher Kritikalität konzentrierte, inspiriert. Eine TTSoC Komponente besteht aus mehreren heterogenen Intellectual Property (IP) Blöcken, die über ein zeitgesteuertes "Network-on-a-Chip (NoC)" miteinander verbunden sind.<br />Eine strenge Enkapsulierung der verschiedenen IP Blöcke wird von diesem NoC aufrechterhalten, desweiteren werden sicherheitskritische Echtzeitapplikationen unterstützt. Die Mechanismen zur Enkapsulierung ermöglichen es, die steigende Komplexität heutiger und zukünftiger integrierter Echtzeitsysteme unter Kontrolle zu halten, indem sie es erlauben große, komplexe Systeme in kleinere Untersysteme aufzuteilen welche unabhängig voneinander entwickelt werden können.Das "Network-on-a-Chip" etabliert eine nachrichtenbasierte, a priori festgelegte Kommunikation zwischen den einzelnen IP Blöcken. Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung und Implementierung der NoC Schnittstelle und schlägt "Middleware Plug-Ins" als eine Möglichkeit zur Erweiterung des Funktionsumfangs des TTSoC vor. Um die Vorteile des "Middleware Plug-In" Konzepts zu demonstrieren werden ein "Direct Memory Access (DMA) Plug-In" und ein "Voter Plug-In" näher beschrieben.