Classification and Mapping of Model Elements for Designing Runtime Reconfigurable Systems
- 1. Instituto Tecnológico de Aeronáutica
- 2. Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
- 3. KTH Royal Institute of Technology
- 4. Saab (Sweden)
Description
Embedded systems are ubiquitous and control many critical functions in society.A fairly new type of embedded system has emerged with the advent of partial reconfiguration, i.e. runtime reconfigurable systems.They are attracting interest in many different applications.Such a system is capable of reconfiguring itself at the hardware level and without the need to halt the application's execution.While modeling and implementing these systems is far from a trivial task, there is currently a lack of systematic approaches to tackle this issue.In other words, there is no unanimously agreed upon modeling paradigm that can capture adaptive behaviors at the highest level of abstraction, especially when regarding the design entry, namely, the initial high-level application and platform models.Given this, our paper proposes two domain ontologies for application and virtual platform models used to derive a classification system and to provide a set of rules on how the different model elements are allowed to be composed together.The application behavior is captured through a formal model of computation which dictates the semantics of execution, concurrency, and synchronization.The main contribution of this paper is to combine suitable formal models of computation, a functional modeling language, and two domain ontologies to create a systematic design flow from an abstract executable application model into a virtual implementation model based on a runtime reconfigurable architecture (virtual platform model) using well-defined mapping rules.We demonstrate the applicability, generality, and potential of the proposed model element classification system and mapping rules by applying them to representative and complete examples: an encoder/decoder system and an avionics attitude estimation system.Both cases yield a virtual implementation model from an abstract application model.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
الأنظمة المدمجة موجودة في كل مكان وتتحكم في العديد من الوظائف الحيوية في المجتمع. ظهر نوع جديد إلى حد ما من الأنظمة المدمجة مع ظهور إعادة التشكيل الجزئي، أي الأنظمة القابلة لإعادة التشكيل في وقت التشغيل. فهي تجذب الاهتمام بالعديد من التطبيقات المختلفة. مثل هذا النظام قادر على إعادة تكوين نفسه على مستوى الأجهزة ودون الحاجة إلى وقف تنفيذ التطبيق. في حين أن نمذجة وتنفيذ هذه الأنظمة بعيدة عن كونها مهمة تافهة، إلا أنه يوجد حاليًا نقص في الأساليب المنهجية لمعالجة هذه المشكلة. وبعبارة أخرى، لا يوجد نموذج نمذجة متفق عليه بالإجماع يمكنه التقاط السلوكيات التكيفية على أعلى مستوى من التجريد، خاصة عندما يتعلق الأمر بإدخال التصميم، أي نماذج التطبيقات والمنصات الأولية عالية المستوى. وبالنظر إلى ذلك، تقترح ورقتنا وجود مجالين للتطبيق ونماذج المنصات الافتراضية المستخدمة لاستخلاص نظام تصنيف وتوفير مجموعة من القواعد حول كيفية السماح بتكوين عناصر النموذج المختلفة معًا. يتم التقاط سلوك التطبيق من خلال نموذج حسابي رسمي يملي دلالات التنفيذ والتزامن و التزامن. تتمثل المساهمة الرئيسية لهذه الورقة في الجمع بين النماذج الرسمية المناسبة للحساب ولغة النمذجة الوظيفية وأنطولوجيتين للمجال لإنشاء تدفق تصميمي منهجي من نموذج تطبيق مجرد قابل للتنفيذ إلى نموذج تنفيذ افتراضي يعتمد على بنية قابلة لإعادة التكوين في وقت التشغيل (نموذج منصة افتراضية) باستخدام قواعد رسم خرائط محددة جيدًا. نوضح قابلية تطبيق وعمومية وإمكانات نظام تصنيف عناصر النموذج المقترح وقواعد رسم الخرائط من خلال تطبيقها على أمثلة تمثيلية وكاملة: نظام تشفير/فك تشفير ونظام تقدير موقف إلكترونيات الطيران. تسفر كلتا الحالتين عن نموذج تنفيذ افتراضي من نموذج تطبيق مجرد.Translated Description (French)
Les systèmes embarqués sont omniprésents et contrôlent de nombreuses fonctions critiques dans la société.Un type de système embarqué assez nouveau est apparu avec l'avènement de la reconfiguration partielle, c'est-à-dire des systèmes reconfigurables à l'exécution.Ils suscitent l'intérêt de nombreuses applications différentes.Un tel système est capable de se reconfigurer au niveau matériel et sans avoir besoin d'arrêter l'exécution de l'application.Bien que la modélisation et la mise en œuvre de ces systèmes soient loin d'être une tâche triviale, il existe actuellement un manque d'approches systématiques pour résoudre ce problème.En d'autres termes, il n'y a pas de paradigme de modélisation unanimement convenu qui puisse capturer les comportements adaptatifs au plus haut niveau d'abstraction, en particulier en ce qui concerne l'entrée de conception, à savoir les modèles d'application et de plate-forme de haut niveau initiaux. Compte tenu de cela, notre article propose deux ontologies de domaine pour les modèles d'application et de plate-forme virtuelle utilisés pour dériver un système de classification et fournir un ensemble de règles sur la façon dont les différents éléments du modèle peuvent être composés ensemble. Le comportement de l'application est capturé par un modèle formel de calcul qui dicte la sémantique de l'exécution, de la concurrence et synchronization.The main contribution of this paper is to combine suitable formal models of computation, a functional modeling language, and two domain ontologies to create a systematic design flow from a abstract executable application model into a virtual implementation model based on a runtime reconfigurable architecture (virtual platform model) using well-defined mapping rules.We demonstrate the applicability, generality, and potential of the proposed model element classification system and mapping rules by applying them to representative and complete examples : an encoder/decoder system and an avionics attitude estimation system.Both cases yield a virtual implementation model from an abstract application model.Translated Description (Spanish)
Los sistemas embebidos son omnipresentes y controlan muchas funciones críticas en la sociedad. Un tipo bastante nuevo de sistema embebido ha surgido con el advenimiento de la reconfiguración parcial, es decir, los sistemas reconfigurables en tiempo de ejecución. Están atrayendo el interés en muchas aplicaciones diferentes. Dicho sistema es capaz de reconfigurarse a nivel de hardware y sin la necesidad de detener la ejecución de la aplicación. Si bien el modelado y la implementación de estos sistemas está lejos de ser una tarea trivial, actualmente existe una falta de enfoques sistemáticos para abordar este problema. En otras palabras, no existe un acuerdo unánime sobre un paradigma de modelado que pueda capturar comportamientos adaptativos al más alto nivel de abstracción, especialmente cuando se trata de la entrada de diseño, es decir, la aplicación inicial de alto nivel y los modelos de plataforma. Dado esto, nuestro artículo propone dos ontologías de dominio para los modelos de aplicación y plataforma virtual utilizados para derivar un sistema de clasificación y proporcionar un conjunto de reglas sobre cómo se permite que los diferentes elementos del modelo se compongan juntos. El comportamiento de la aplicación se captura a través de un modelo formal de cálculo que dicta la semántica de ejecución, concurrencia y sincronización. La principal contribución de este documento es combinar modelos formales adecuados de computación, un lenguaje de modelado funcional y dos ontologías de dominio para crear un flujo de diseño sistemático desde un modelo de aplicación ejecutable abstracto a un modelo de implementación virtual basado en una arquitectura reconfigurable en tiempo de ejecución (modelo de plataforma virtual) utilizando reglas de mapeo bien definidas. Demostramos la aplicabilidad, generalidad y potencial del sistema de clasificación de elementos del modelo propuesto y las reglas de mapeo aplicándolas a ejemplos representativos y completos: un sistema codificador/decodificador y un sistema de estimación de actitud de aviónica. Ambos casos producen un modelo de implementación virtual a partir de un modelo de aplicación abstracto.Files
09623547.pdf.pdf
Files
(245 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:b92514f5da58b5d0bd518367e15d8c04
|
245 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تصنيف وتخطيط عناصر النموذج لتصميم الأنظمة القابلة لإعادة التشكيل في وقت التشغيل
- Translated title (French)
- Classification et mappage des éléments de modèle pour la conception de systèmes reconfigurables à l'exécution
- Translated title (Spanish)
- Clasificación y mapeo de elementos del modelo para el diseño de sistemas reconfigurables en tiempo de ejecución
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3216849762
- DOI
- 10.1109/access.2021.3129899
References
- https://openalex.org/W1542768242
- https://openalex.org/W1567551938
- https://openalex.org/W1571632936
- https://openalex.org/W1874620740
- https://openalex.org/W1935675921
- https://openalex.org/W1963975008
- https://openalex.org/W2089029647
- https://openalex.org/W2091158003
- https://openalex.org/W2110344536
- https://openalex.org/W2111523778
- https://openalex.org/W2115294662
- https://openalex.org/W2119355229
- https://openalex.org/W2123654501
- https://openalex.org/W2126013065
- https://openalex.org/W2136629399
- https://openalex.org/W2149200211
- https://openalex.org/W2159542925
- https://openalex.org/W2169687938
- https://openalex.org/W2276946327
- https://openalex.org/W2489262679
- https://openalex.org/W2560401546
- https://openalex.org/W2569664737
- https://openalex.org/W2896686705
- https://openalex.org/W2900552106
- https://openalex.org/W2913219826
- https://openalex.org/W2945716691
- https://openalex.org/W2969746574
- https://openalex.org/W2981651719
- https://openalex.org/W2987444979
- https://openalex.org/W3011748007
- https://openalex.org/W3042122974
- https://openalex.org/W3043074253
- https://openalex.org/W3091930116
- https://openalex.org/W3092225425
- https://openalex.org/W3094502326
- https://openalex.org/W3108738625
- https://openalex.org/W3155103922
- https://openalex.org/W3157695123
- https://openalex.org/W4237137266
- https://openalex.org/W7111761