Utvärdning av cacheminnekonfigurationer med prestandamätning i realtidsstyrda fordonssystem : Bestämning av prestandaegenskaper i cacheminnen med hårdvaruräknare och mjukvaruprofilering

Modern day automotive systems are highly dependent on real-time software control to manage the powertrain and high-level features, such as cruise control. The computational power available has increased tremendously from decades of microcontroller and hardware development on such platforms. In contrast, the access times to the memory are still substantial, creating a significant bottleneck in the system. Therefore, small cache memories are used to reduce access times and improve performance. With significantly smaller but faster memory, the configuration and behaviour of the cache play an important role and are also highly dependent on the platform. Several of the configurations have an impact on the platform behaviour not only in terms of execution time, but also in multithreaded coherency, robustness, security, and internal bus usage. To distinguish performance differences and cache behaviour between configurations, hardware counters and low-level processor events such as bus usage, line fills, reads, and writes are monitored in conjunction with task load profiling. This proves to be an effective measurement method for use in a real-time embedded automotive system to provide both average and worstcase scenarios. In addition, the collected results are used to suggest improvements to the configuration of the platform used for measurements. For example, no major performance benefits were measured from excluding certain parts of the memory to increase hit rate. Less robust write-policies copy-back proved to be more efficient and could be used in combination with error correction to increase security. Memory coherency in multithreaded execution also proved to be inefficient and a major source to increased miss-rate due to snooping.Moderna fordonssystem är idag mycket beroende av realtidsmjukvara för att effektivt kontrollera både drivlina och med användarfunktioner som till exempel farthållare. Beräkningskraften tillgänglig på de mikrokontroller som används har ökat kraftigt från årtionden av utveckling. Åtkomsttiden mellan processorn och minnet är däremot fortfarande stor och skapar en stor flaskhals i systemet. För att minska åtkomsttiden används cacheminnen med mycket hög prestanda och begränsad minnesmängd. Med väsentligt mindre och snabbare cacheminnen krävs optimerade konfigurationer för att utnyttja minnet effektivt, vilket kan vara svårt då användningen och prestandan är varierande för olika system. Fler cachekonfigurationer påverkar systemet i mer än bara exekveringstid utan och i minnessynkronisering, tillförlitlighet, säkerhet och intern bussanvändning. För att särskilja olika prestandaegenskaper mellan olika konfigurationer används hårdvaruräknare och processorhändelser som bussanvändning, radändringar, läsningar och skrivningar i kombination med profilering av processoranvändning. Det visar sig vara en effektiv metod för att utvärdera olika scenarion som bästa-, sämsta-, och medelfall i realtidssystem i fordon. Utöver det, används resultaten för att föreslå nya konfigurationsförbättringar på plattformen som användes. Några exempel på detta är hur försök till att förbättra minnesträffar i cacheminnet genom att exkludera vissa typer av minnessektioner inte gav någon prestandaförbättring. Mindre tillförlitliga skrivmetoder som copy-back visade sig vara mer effektiva och kunde användas i kombination med feldetektering för att förbättra säkerheten