Performance Evaluation of Embedded Microcomputers for Avionics Applications
Total Page:16
File Type:pdf, Size:1020Kb
Performance Evaluation of Embedded Microcomputers for Avionics Applications Celal Can Bilen John Alcalde González MASTER THESIS WORK 2010 COMPUTER AND ELECTRICAL ENGINEERING Postal Address: Visiting Address: Telephone: Box 1026 Gjuterigatan 5 036-10 10 00 551 11 Jönköping Performance Evaluation of Embedded Microcomputers for Avionics Applications Celal Can Bilen John Alcalde González This thesis work is performed at Jönköping Institute of Technology within the subject area Computer and Electrical Engineering. The work is part of the master’s degree. The authors are responsible for the given opinions, conclusions and results. Handledare: Torbjörn Månefjord Lars Aggestig Prof. Shashi Kumar Examiner: Prof. Shashi Kumar Credit points: 30 hp (D-level) Date: Archive number: Förord Förord Vi skulle vilja tacka alla som gjort det möjligt att genomföra detta examensarbete, framförallt våra handladere, Professor Sashi Kumar för hans underbara uppsikt, rådgivning samt ledning av detta projekt, särskilt med akademiska teman; Torbjörn Månefjord för att han gett oss tillfället att arbeta med ett sådant projekt på SAAB samt hans tro på oss från början av projektet; Lars Aggestig för hans ständiga stöd och hjälp under projektets praktiska moment samt för hans synpunkter. Vi skulle också vilja tacka Helené Olsson och Anita Karlsson från SAAB Avitronics för all deras vägledning angående projektförvaltningen. Vi skulle vilja tacka dem alla för deras värdefulla ideer och diskussioner angående projektet, genom detta har vi breddat vår kunskap. Vi är glada över att ha fått möjligheten att genomföra detta projekt på ett sådant ansett företag som SAAB. Celal Can Bilen & John Alcalde Gonzalez Förutom ovärderligt stöd och ledning av dem som har nämnats, skulle vi också personligen vilja tacka följande: Professor Alf Johansson för att han har introducerat mig i den häpnadsväckande världen av inbygdda ”underverk”; Assisterande Professor Ilja Belov för sin förståelse och ständiga stöd innan projektet; Professor Hamit Serbest för att han visat mig hur man blir en ”riktig” ingenjör; Assisterande Professor Ulus Cevik för att han gett mig möjligheten att komma till mitt andra hemland, Sverige. Vill även tacka min kära familj: min far Atilla Bilen för att han “sparkat iväg mig” till svenskt land, min syster Spec. Dr. Aysegül Bilen för att hon alltid uppmuntrat och stöttat mig, och min kära mor Selma Bilen för att hon alltid ”puffat” mig till mina begränsningar, oavsett när eller vad för, och aldrig låtit mig falla till marken. Jag kommer aldrig att kunna återbetala ert omätliga stöd... Jag skulle vilja tillägna detta examensarbete till min mormor, Kurultay Agackanli som förutsåg att mina drömmar skulle förverkligas och min morfar Celal Agackanli som arbetade i Sverige på 60-talet och delade med sig till mig av sin stora kunskap, tyvärr hann jag aldrig lära känna honom så väl. Jag är jätteglad och stolt över att ha genomfört mitt examensarbete inom avancerad datorarkitektur, genom detta har jag fått tillfället att fortsätta min familjtradition av teknik, särskilt arkitektur, för båda mina föräldrar är arkitekter. Jag är ytterligare glad över att ha fullgjort deras drömmar när de var unga, att ta masterexamen inom arkitektur, tyvärr hann de inte då. Ljusen kommer aldrig att slockna! Celal Can Bilen i Acknowledgements Acknowledgements We would like to thank to our supervisors, Prof. Sashi Kumar, from Jönköping Institute of Technology, for his wonderful supervision and feedback during the thesis as well as his help and support, especially about academic issues; Torbjörn Månefjord, from SAAB Avitronics, for giving us the opportunity to work in such a project and his trust on us since the beginning of the project; and Lars Aggestig, also from SAAB Avitronics, for his continuous support and help especially during the practical stages of the project, whenever we had question marks in our heads. We would also like to thank Anita Karlsson and Helene Olsson from SAAB Avitronics for all their guidance and support regarding project administration is- sues. We would like to thank them all for their invaluable ideas and discussions regard- ing the project and their influence on broadening our knowledge and insight. We feel blessed to have carried out such a wonderful thesis project at an eminent com- pany like SAAB. Celal Can Bilen & John Alcalde Gonzalez In addition to the invaluable support and guidance of the people men- tioned, we would like to thank also personally to: Prof. Alf Johansson for introducing me the amazing world of embedded wonders; Assist. Prof. Ilja Belov for always supporting us, even before the start of the project; Prof. Hamit Serbest for showing me how to be a “real” engineer; Assist. Prof. Ulus Cevik for giving me the opportunity to come my second home country, Sweden, and his guidance off the studies. I would also like to thank my dear family; my father Atilla Bilen for “kicking” me towards the Swedish land, my sister Aysegul Bilen for always cheering me up and supporting me, and my dear mother Selma Bilen, for always “pushing” me to my limits, no matter when and what, and never letting me touch to the ground. I will never be able to pay back your immeasurable support. I would like to dedicate this thesis to my grandmother, Kurultay Agackanli, who foretold me about my dreams come true, and my grandfather Celal Agackanli, who worked in Sweden during the 60s and fed me with his broad knowledge, unfortu- nately I did not have the chance to get to know him much... The lights will never go out! Celal Can Bilen ii Abstract Abstract Embedded microcomputers are used in a wide range of applications nowadays. Avionics is one of these areas and requires extra attention regarding reliability and determinism. Thus, these issues should also be born in mind in addition to per- formance while evaluating embedded microcomputers. This master thesis suggests a framework for performance evaluation of two mem- bers of the PowerPC microprocessor family, namely the MPC5554 from Freescale and the PPC440EPx from AMCC, and analyzes the results within and between these processors. The framework can be generalized to be used in any microproces- sor family, if necessary. Apart from performance evaluation, this thesis also suggests a new terminology by introducing the concept of determinism levels to be able to estimate determinism issues in avionics applications more clearly, which is crucial regarding the require- ments and working conditions of this very application. Such estimation does not include any practical results as in performance evaluation, but rather remains theo- retical. Similar to Automark™ used by AutoBench™ in the EEMBC Benchmark Suite, we introduce a new performance metric score that we call ”Aviomark”, and we carry out a detailed comparison of Aviomark with the traditional Automark™ score to be able to see how Aviomark differs from Automark™ in behavior. Finally, we have developed a graphical user interface (GUI) which works in paral- lel with the Green Hills MULTI® Integrated Development Environment (IDE) in order to simplify and automate the performance evaluation process. By the help of the GUI, the users will be able to easily evaluate their specific PowerPC proces- sors by starting the debugging from MULTI IDE. Keywords: Microprocessor, Avionics, PowerPC, Performance Evaluation, Deter- minism, Automark™ , Aviomark, EEMBC, Green Hills MULTI, IDE, GUI iii Sammanfattning Sammanfattning Inbyggda mikrodatorer används numera i ett brett spektrum av applikationer. Avionik är ett av dessa områden samt kräver extra uppmärksamhet när det gäller tillförlitlighet samt determinismämnen. Därför bör man beakta dessa ämnen utöver prestanda vid utvärdering av inbyggda mikrodatorer. Detta examensarbete föreslår en inramning för prestandautvärdering av två medlemmar av PowerPC mikroprocessor familjen, nämligen MPC5554 från Freescale och PPC440EPx från AMCC, samt analyserar resultaten inom och mellan dessa processorer. Imramningen kan generaliseras till att användas i någon mikroprocessor familj vid behov. Utöver prestandautvärdering, så föreslår det här examensarbetet också en ny terminologi, genom att införa begreppet om determinism nivåer för att kunna uppskatta determinismfrågor i flygelektronik applikationer tydligare, vilket får avgörande betydelse när det gäller krav och arbetsförhållanden för just denna applikation. Sådan uppskattning ingår inte några praktiska resultat som i utvärdering av prestanda, utan det är snarare teoretiska. Liksom Automark™ som används av Autobench™ i EEMBC Benchmark Suite, introducerar vi en ny prestandamått, som vi kallar "Aviomark", och utför en detaljerad jämförelse av Aviomark med traditionella Automark™ betygpoäng för att kunna se hur Aviomark skiljer sig från Automark™ beteende. Slutligen har vi utvecklat ett grafiskt användargränssnitt (GUI) som fungerar parallellt med Green Hills MULTI® Integrerad Utvecklingsmiljö (IDE) för att simplifiera och automatisera utvärderingsprocessen. Med hjälp av detta program kommer användarna enkelt att kunna utvärdera sina speciella PowerPC processorer genom att starta debugging från MULTI IDE. Nyckelord: Mikroprocessor, Avionik, PowerPC, Prestandautvärdering, Tillförlitlighet, Automark™ , Aviomark, EEMBC, Green Hills MULTI, IDE, GUI iv Table of Contents Table of Contents Förord ................................................................................................ i Acknowledgements ............................................................................ ii Abstract ...........................................................................................