¿Por qué es tan difícil diseñar sistemas embebidos en tiempo real en multiprocesadores? ¿Cuáles son los principales desafíos y cómo se puede mejorar?

Con el diseño de sistemas en tiempo real en multiprocesadores, hay dos preguntas por responder

1. En qué procesador / s debe ejecutarse un trabajo particular
2. Cómo decidir la prioridad del trabajo cuando varios trabajos están listos para ejecutarse

A medida que pasa del uniprocesador al multiprocesador, las características de rendimiento para cualquier programador en uniprocesador no se pueden aplicar directamente en la plataforma multiprocesador. El programador que puede dar una proporción de éxito del 100% (como EDF) en uniprocesador puede fallar en ciertos casos en la plataforma multiprocesador.

A medida que dividimos los trabajos en diferentes procesadores y se pueden utilizar varios mecanismos de programación, el análisis de las características en tiempo real se ha vuelto más complejo.

Una de las principales dificultades es cómo manejar múltiples tareas que comparten la misma plataforma, mientras que aún necesitan terminar sus trabajos dentro de un plazo determinado, es decir, la programación de tareas en tiempo real.

Se ha resuelto el problema de programar múltiples tareas en un procesador único (núcleo único) con ciertas restricciones, que incluyen algoritmos de programación como la programación de prioridad fija y la fecha límite más temprana primero, y métodos de gestión de recursos. Si bien aún es una pregunta abierta, ¿cómo se puede resolver el problema de programación de tareas en un sistema multinúcleo, con comunicación, interdependencias y comportamientos como la auto-suspensión.

Una solución simple sería pro-asignar tareas en núcleos específicos (programación particionada), y asegurarse de que la interdependencia no conduzca a una ejecución ilimitada. Sin embargo, a medida que las plataformas COTS se vuelven más complicadas, también se vuelve más difícil diseñar y validar un sistema en tiempo real.

Te puedo decir de la escuela de golpes duros, llamada experiencia.

Se puede poner en una sola palabra: Sincronización.

No es fácil escribir código para múltiples procesadores que interactúan entre sí. Cada CPU se ejecuta en su propio reloj y, por naturaleza, no está sincronizada con todas las demás CPU del sistema.

Si puede sincronizar todos sus procesadores con la misma señal de reloj exacta, y escribe su código en lenguaje ensamblador (por lo que no hay un compilador, que no sabe nada sobre el código en otros procesadores, lo que daña las cosas), entonces teóricamente es posible sincronizar la ejecución de sus instrucciones, aún es algo bastante difícil de implementar, pero en teoría podría hacerse. Esta es la única mejora que se me ocurre.

La forma en que resuelvo este problema es hacer que el código de cada procesador se ejecute como una “máquina de estado”, solo cambiando los estados en respuesta a algún mensaje o señal de otro procesador que se ejecute como una máquina de estado. Nuevamente, no es fácil de implementar, pero cuando lo haces bien funciona.