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\section{Besoins}

\ContentsCurrent

\slidetitle{Besoins}
           {Besoins pour les processeurs embarquées :
             
             \begin{itemize}
             \item Maîtrise du système
             \item Souplesse
             \item Performance
             \end{itemize}
           }
           {
             Où : téléphone portable, baladeur mp3/vidéo, automobile ...

             \begin{description}
             \item[Maitrise du système :] Les processeurs généralistes sont utilisés dans un vaste échantillon d'application. Ceci touche également la sécurité.
             \item[Souplesse           :] Pour un concepteur de système embarqués : bien dimensionner son système 
             \item[Performance         :] Application cible de plus en plus gourmande en ressources : beaucoup de threads avec des impératifs de rapidité.
             \end{description}
           }

\subsection{Maîtrise du système}
\slidetitle{Besoin de la Maîtrise du système}
           {
             {\bf Plate-forme de confiance totale}

             \begin{itemize}
             \item Projet Open
             \item ISA Open
             \item Instructions customisables
             \end{itemize}
           }
           {
             Morpheo s'inscrit dans le cadre du projet plate-forme de confiance totale. 

             Instructions customisables : possibilité à l'utilisateur de rajouter de nouvelles instructions. Comme par exemple pour le chiffrement ou le déchiffrement ...
%            On doit supposer que la mémoire d'instruction et de donnée ce trouve en milieu accéssible par les pirates. Leur chiffrement en devient obligatoire.
%
%            En hard dans le proc? cache? interconnect? I/O?
           }


\subsection{Souplesse}
\slidetitle{Besoin de Souplesse}
           {
             {\bf Adapation aux besoins des concepteurs}

             \begin{itemize}
             \item Processeur hautement paramètrables
             \item Ressources internes hétérogènes
             \item FPGA
             \end{itemize}
           }
           {
             Souplesse : s'adapter aux besoins des concepteur de SoC. 

             \begin{description}
             \item[Paramètrables :] Fournir un grand jeu de paramètres afin de satisfaire les contraintes du concepteur
             \item[Hétérogènes :] En découle des paramètres 
             \item[FPGA :] Cible de + en + utilisé, Si mappage possible sur les ressources limités d'un FPGA, alors possible également sur un ASIC
             \end{description}
           }

\subsection{Performance}
\slidetitle{Besoin de Performance (1) - ILP vs TLP}
           {
             {\bf Exploitation des différentes formes de parallélisme}
             
             Paquet d'instruction pouvant s'éxecuter en parallèle :
             \begin{itemize}
             \item {\it Intra flot} : exploitation de l'ILP\newline limitation intrasèque au soft (3-5 instructions)
             \item {\it Inter flot} : exploitation du TLP  \newline limitation intrasèque au système cible
             \end{itemize}
           }
           {
             \begin{itemize}
             \item ILP : superscalaire, OutOfOrder, Spéculation
             \item TLP : CMP, SMT 
             \end{itemize}
           }

\slidetitle{Besoin de Performance (2) - CMP vs SMT}
           {
             \printgraph{GENERAL_type_of_multi_thread}{0.5}
             
%            (schéma)
%            
%            Comparaison théorique de 5 types d'architectures :
%            ||Mono Coeur           ||Mono Contexte           ||Largeur infini||Idéal       ||
%            ||Mono Coeur           ||Mono Contexte           ||Largeur 4     ||Monolithique||
%            ||Multi Coeur d'ordre 4||Mono Contexte           ||Largeur 1     ||CMP         ||
%            ||Mono Coeur           ||Multi Contexte d'ordre 4||Largeur 4     ||SMT         ||
%            ||Multi coeur d'ordre 2||Multi Contexte d'ordre 2||Largeur 2     ||CMP de SMT  ||
           }
           {
             \begin{itemize}
             \item A et B : 17 instructions en 7 UT idéale
             \item (1) : 14 UT
             \item (2) : 17 UT, 34 slot vide, occupation 50\%
             \item (3) : 12 UT, 14 slot vide, occupation 70\%
             \item (4) : 11 UT, 10 slot vide, occupation 77\%
             \end{itemize}
           }
\slidetitle{Besoin de Performance (3) - Entre le CMP et le SMT}
           {
             \begin{description}
             \item[CMP :] L'intégralité des ressources d'un coeur sont dédiées   à un contexte.
             \item[SMT :] L'intégralité des ressources d'un coeur sont partagées entre tous les contextes.
             \item[Hybride :] Multitude de possibilité de partage des ressources internes.\\
               Une ressource est soit dédiée à un contexte soit partagée entre un certain nombre de contextes.
             \end{description}
           }
           {
             Définir ce qu'est une ressource : ALU, predicteur de branchement, cache ...
           }


\section{Solution}
\ContentsCurrent
\subsection{Initiatives actuelles}
\slidetitle{Initiatives actuelles}
           {
             Tous les processeurs sont des RISC scalaires.

             \begin{description}
             \item[OpenRISC 1200 :] 32 bits, 5 étages. Jusqu'à 8 contextes.
             \item[Leon 2        :] 32 bits, 5 étages.
             \item[Leon 3        :] Leon 2 en 7 étages.
             \item[OpenSparcS1   :] 1 coeur 64bits, 6 étages et CMT 4.
             \item[OpenSparcT1   :] OpenSparcS1 avec 8 coeurs. Version OpenSource du Niagara.
             \item[Micro32       :] 32 bits, 6 étages.
             \item[OpenFire      :] 32 bits, 3 étages. Dérivés du MicroBlaze
             \item[aeMB          :] 32 bits, 3 étages. Dérivés du MicroBlaze
             \end{description}
           }
           {
             \begin{description}
             \item[OpenRISC 1200 :] Présence icache, dcache, immu, dmmu. Taille des caches, des opérandes, du banc de registres. Matériel spécifique : div, rotate, mul, mac.
             \item[Leon 2 et 3   :] Présence de div, mul, mac, floating point. Taille du banc de registres . Nombre de load delai. Configuration avancé du cache et de la MMU (fetch, decod, execute, memory, write) (fetch, decod, register access, execute, memory, exception, write)
             \item[OpenSparc     :] Présence de la Stream Processing Unit (cryptographie), 1 seul thread par coeur.
             \item[Micro32       :] Présence icache, dcache, debug. Taille des caches. Matériel spécifique : div, rotate, mul pipeline, extension de signes.
             \item[OpenFire      :] 3 étages (Fetch, Decod, Execute). Faiblement configurable (largeur des données, espace d'addressage, presence de mul et de cmp). Aucun support de caches
             \item[aeMB          :] 3 étages (Fetch, Decod, Execute). Support de caches. Pas configurable (Juste la largeur de l'espace d'addressage)
             \end{description}
           }

\slide     {
             \printgraph{GENERAL_Art_of_State-Comparaison}{0.8}
           }
           {
           }
\subsection{Solution proposée}
\slidetitle{Solution proposée}
           {
             \begin{itemize}
             \item Partir d'une micro-architecture HighPerf.
             \item Ajout de la gestion du multi-thread.
             \item Rendre paramétrable les ressources internes.
             \item Mappage des instances de ce générateur de processeur sur les ressources limitées d'un FPGA.
             \end{itemize}
           }
           {
             Pentium 4, MipsR10000, Power5
           }
           
\subsection{Métrique}
\slidetitle{Métrique}
           {
             \begin{itemize}
             \item Obtenir le meilleur compromis Performance / Complexité. 
               \begin{itemize}
               \item Performance : nombre de cycles nécessaire pour éxecuter les Benchmarks.
               \item Compléxité  : surface occupée du FPGA.
               \end{itemize}
             \item Obtenir le meilleur partage des ressources entre les contextes matériels. (Gain Performance / Coût surface).
               \begin{itemize}
               \item Gain en performance : rapport entre la performance MT sur la performance ST.
               \item Coût en surface     : rapport entre la surface     MT sur la surface     ST.
               \end{itemize}
             \end{itemize}
           }
           {
             benchmark : SPECINT2k, Dhrystone

             FPGA : virtex5LX 330
           }

\section{Morpheo}
\ContentsCurrent

\subsection{Micro Architecture}
\slidetitle{Micro Architecture : Overview}
           {
             \printgraph{MORPHEO_micro_architecture-overview}{0.48}
           }
           {
             3 grandes parties :
             \begin{description}
             \item[Front end :] Amène des paquets d'instructions en séquence, et les décodes. Calcules les addresses suivantes (spéculation) et maintiens l'état des threads (idle, wait, run ...)
             \item[Out Of Order Engine :] Renome les registres (annulations des dépendances RAW, WAW et WAR). Re Order Buffer : mettre à jour l'état du contexte dans l'ordre d'arrivé des threads.
             \item[Execution Loop :] Boucle ``Read, execute, Write''. Ainsi que les bypass. Instructions peuvent ce lancer dans le désordres.
             \end{description}
           }

\slidetitle{Micro Architecture : Front end}
           {
             \printgraph{MORPHEO_micro_architecture-front_end}{0.7}
           }
           {
           }

\slidetitle{Micro Architecture : Out Of Order Engine}
           {
             \printgraph{MORPHEO_micro_architecture-out_of_order_engine}{0.7}
           }
           {
           }

\slidetitle{Micro Architecture : Execution Loop}
           {
             \printgraph{MORPHEO_micro_architecture-execute_loop}{0.7}
           }
           {
           }

\subsection{Méthodologie}
\slidetitle{Service proposé}
           {
             \printgraph{MORPHEO_service}{0.75}
           }
           {
             libMorpheo :
             \begin{itemize}
             \item Simulation systemC
               \begin{itemize}
               \item TestBench Vhdl
               \item Statistiques lors de la simulation
               \end{itemize}
             \item Vhdl : synthétisable sur FPGA
             \item Positions: Point d'entrée d'un outil de visualisation architectural (Stage M1)
             \end{itemize}
           }
    
\slidetitle{Méthodologie - Boucle d'Iteration}
           {
             \printgraph{MORPHEO_methodologie}{0.3}
           }
           {
             \begin{enumerate}
             \item SystemC
               \begin{enumerate}
               \item Ecriture du modèle systemC
               \item Ecriture d'un TestBench pour le systemc - goto 1.1
               \end{enumerate}
             \item VHDL
               \begin{enumerate}
               \item Ecriture du vhdl
               \item Validation de la stricte compatibilité entre le systemC et le Vhdl - goto 2.1 ou 1.1
               \end{enumerate}
             \item FPGA
               \begin{enumerate}
               \item Synthèse sur FPGA - goto 2.1, 1.1
               \item Mappage sur FPGA
               \end{enumerate}
             \end{enumerate}
           }

\subsection{Perspective}
\slidetitle{Comment remplir nos journées?}
           {
             Il "reste" à faire ...
           }
           {
           }

\slide{}{}