Cache-Kohärenz in hart echtzeitfähigen Mehrkern-Prozessoren

Abstract

Im Bereich der Echtzeitsysteme rücken Mehrkern-Prozessoren zunehmend in den Fokus. Dabei stellen Echtzeitsysteme besondere Anforderungen an die eingesetzte Systemarchitektur. Neben der logischen Korrektheit, ist in Echtzeitsystemen eine zeitlich vorhersagbare Ausführung entscheidend. Cache- Speicher spielen in dieser Hinsicht eine besondere Rolle. Zum einen sind sie notwendig, um schnelle Zugriffe auf Instruktionen und Daten zu gewährleisten, zum anderen beeinträchtigen sie die zeitliche Vorhersagbarkeit der Ausführung. Beim Zugriff auf gemeinsame Daten in Mehrkern-Prozessoren ist zudem der Einsatz eines Cache-Kohärenzverfahrens notwendig. Gängige Kohärenzverfahren können die Anforderungen an Performanz und Echtzeitfähigkeit nicht hinreichend erfüllen. Die in hardwarebasierten Kohärenzverfahren eingesetzten Kohärenzoperationen machen eine präzise WCET-Abschätzung undurchführbar. Der On-Demand Coherent Cache (ODC2) stellt ein Cache- Kohärenzverfahren dar, das im Hinblick auf den Einsatz in Echtzeitsystemen entwickelt wurde. Es verzichtet auf eine gegenseitige Beeinflussung von Cache- Speicher durch Kohärenzoperationen und erreicht dadurch eine hinreichende zeitliche Vorhersagbarkeit der Zugriffe auf gemeinsame Daten. Das Verfahren des ODC2 zielt auf eine möglichst effiziente Nutzung des Cache-Speichers hin. Im Vergleich zu gängigen, softwarebasierten Verfahren ermöglicht es eine signifikant höhere (Worst-Case) Performanz.