As próximas gerações de processadores many-core exigem que novas abordagens no projeto de arquitetura de processadores sejam propostas. Neste novo contexto, as redes de comunicação intra-chip são importantes para garantir o desempenho dos programas. Soluções tradicionais de interconexão possuem limites físicos que comprometem a escalabilidade e o desempenho no processamento de aplicações paralelas de diversos tipos. A alternativa apontada pelo estado da arte é a Network-on-Chip (NoC) composta por roteadores e outros elementos de rede capazes de prover comunicação escalável e de alto desempenho. No entanto, as cargas de trabalho geram padrões de comunicação diferentes que podem influenciar no desempenho da rede. Existem pesquisas que abordam metodologias de projeto dedicado de NoCs em função de domínios de aplicações específicos. Apesar de uma NoC dedicada possuir um alto desempenho, cargas de trabalho paralelas geram padrões de comunicação coletiva que mudam dinamicamente. Com o objetivo de aumentar a flexibilidade de redes-em-chip, trabalhos correlatos utilizam conceitos de computação reconfigurável para aumentar a capacidade da arquitetura da NoC se adaptar em função de padrões de comunicação. Alguns trabalhos focam na programação de FPGAs e outros em ASICs polimórficos. O objetivo desta tese é propor uma arquitetura de Network-on-Chip que suporte múltiplos clusters de núcleos de processamento através de roteadores programáveis e de topologias reconfiguráveis. Cada roteador é composto por uma chave crossbar reconfigurável capaz de implementar topologias dinamicamente através do uso de um segundo nível de reconfiguração. Os roteadores possuem processadores de rede que aumentam a flexibilidade e a capacidade da NoC se adaptar ao padrão de comunicação através de programas que monitoram e gerenciam a rede. Portanto, a contribuição da tese é a Arquitetura de NoC Programável Baseada em Múltiplos Clusters de Cores. Os resultados baseados em modelos analíticos e de simulação, e cargas de trabalho artificiais e naturais, mostram que a arquitetura da NoC possui um alto desempenho e vazão de pacotes, proporcionados pela adaptação de topologias e redução da influência da rede na comunicação. A ocupação em FPGA mostra que os roteadores programáveis possuem tamanho similares a NoCs com arquiteturas tradicionais para gerenciamento de mesma quantidade de núcleos. A menor utilização de buffers de entrada resulta em uma melhor eficiência no consumo de potência e energia. Portanto, através dos modelos de projeto e avaliação foi possível verificar através dos resultados que a arquitetura da MCNoC é uma alternativa para suportar padrões de comunicações coletivas. / For the next generation of many-core processors, new design methodologies must be proposed. In this context, on-chip interconnections are important to assure the program performance. Traditional approaches of interconnections have physical constraints that reduce the scalability and performance to process parallel applications. The state-of-theart points out to the Network-on-Chip (NoC), which consists of routers and other network devices capable of increasing the communication scalability and performance. However, workloads produce different types of communication patterns, which can influence the network performance. There are research works that explore applicationspecific NoC design to response the demand on specific workloads. Although a dedicated NoC has a high performance, parallel workloads have different collective communication patterns. In order to increase the flexibility of NoCs, related works use concepts of reconfigurable computing to add architecture adaptability to support dynamic communication patterns. Some works focus on FPGA-based reconfiguration and others on polymorphic ASICs. The goal of this thesis is to propose an alternative Programmable Multi-Cluster NoC architecture. Each router consists of a reconfigurable crossbar switch capable of implementing dynamic topologies through a second reconfiguration level. The routers have network processors that increase the flexibility and the NoC adaptability through management programs in order to support different workloads. Therefore, the contribution of this thesis is the following: A Programmable Multi-Cluster NoC (MCNoC) architecture. Based on analytical and simulation models, and artificial and natural workloads, results show the high performance and throughput for the proposed NoC architecture, due to the adaptable topologies and low network latency impact. Results based on FPGA shows a similar component utilization considering the proposed programmable NoC relative to conventional NoC architectures for the same number of processing cores. The low utilization of input buffers improves the efficiency of power and energy consumption. Therefore, through design and evaluation models, the NoC proposal was verified and the results point out the MCNoC as an alternative architecture to support collective communication patterns.

Este trabalho trata de arquiteturas e algoritmos para o desenvolvimento de sistemas computacionais. Tais sistemas são constituídos de um microprocessador (específico ou comercialmente disponível), de seu conjunto de programas e de um HW dedicado que será utilizado para otimização do sistema. O objetivo principal desta tese é demonstrar que, presentemente, a linha divisória entre HW e SW e cada vez mais tênue, e a transição entre um e outro pode ser feita de maneira suave pelo projetista de sistemas, na busca de um ponto ótimo no balanço entre custo e desempenho. Apresenta-se em seqüência o ambiente de CAD, a classificação de rotinas e os métodos de otimização tendo em vista esta classificação para o aumento de desempenho de sistemas computacionais. A seguir são apresentadas técnicas para processadores dedicados de arquitetura Risc, visando a otimização de certos tipos de programas. Os resultados de aceleração são apresentados para um conjunto de exemplos. Tendo em vista o mercado nacional de eletrônica, fortemente baseado em microcontroladores, estudam-se e mostram-se possibilidades de otimização e integração de sistemas baseados em tais processadores, assim como a aplicabilidade das mesmas técnicas para processadores dedicados. A viabilidade técnica desta realização é discutida através de exemplos baseados em aplicações reais. Finalmente, a validação de sistemas computacionais, em especial aqueles trabalhados nesta tese, é discutida. / This work discusses architectures and algorithms for the development of computational systems, which are based on a microprocessor (custom or off-the-shelf), the set of application programs and a dedicated HW, used to increase the performance of the whole system. The goal of this work is to show that, nowadays, the division line between SW and HW is smooth, and the transition from one to the other can be achieved by the system designer using a specific CAD in order to obtain a trade-off between cost and performance. The CAD environment is presented, followed by routine classification and optimization methods based on the former classification to increase the performance of the system. Techniques devoted to systems based on dedicated Risc processors are showed next, to optimize certain type of programs. Positive results are shown for a set of examples. Since the Brazilian electronics market is strongly based on microcontrollers, the study and results of optimization techniques regarding this type of systems are also presented. The same techniques can be applied to dedicated processors as well. Results of this proposal are obtained for a set of real world examples. The last topic of this work regards the validation of computational systems, mainly those presented throughout this work.

Procedimentos de teste para dispositivos eletrônicos tem sido construídos de forma a lidar com problemas, tais como geração de padrões de teste, cobertura de falhas e outros parâmetros tais como custo e tempo. Com o surgimento dos circuitos VLSI (Very Large Scale Integration), tais como os processadores, os problemas do teste tem aumentado. Com relação aos processadores, sua complexidade é um convite para o uso de procedimentos de teste funcionais, ignorando a estrutura física dos circuitos. Adicionalmente, informações sobre a estrutura do processador são geralmente desconhecidas por parte do usuário. No nível funcional, um processador é tratado como um sistema composto por blocos funcionais, cuja descrição pode ser obtida no manual do usuário. Cada bloco e caracterizado pela sua função, como por exemplo, a unidade lógica e aritmética, registradores, memória, etc... Testar o processador consiste em exercitar cada bloco com padrões de teste determinados. A utilização do processador transputer em situações onde se faz necessário um certo nível de confiabilidade depende da utilização de técnicas para detecção on-line. No presente trabalho é proposto um procedimento para o teste funcional do transputer. O teste funcional aqui proposto permite detecção de falhas on-line, em um contexto de aplicação periódica (pela suspensão temporária mas sem alteração do contexto da aplicação do usuário), com baixa degradação no desempenho global do sistema. Hipóteses e procedimentos relacionados a fabricação de circuitos não são considerados. Para possibilitar o uso de técnicas de teste convencionais, o transputer IMS T800 é particionado em blocos funcionais e um modelo para o teste, baseado na organização desse componente, e proposto. Este modelo é apoiado pela similaridade desse processador com um sistema microprocessado. Após o particionamento cada bloco funcional pode ser testado em separado; para os blocos que possuem organização como a de microprocessadores convencionais (tais como parte da CPU e a FPU), utiliza-se como base o método proposto por Robach and Saucier [ROB80]. De acordo com este método de teste funcional, as instruções do processador são modeladas por intermédio de grafos, que formam a base para definição de um conjunto mínimo de instruções. A execução desse conjunto exercita todos os elementos pertencentes ao respectivo bloco funcional do transputer. Entretanto, o procedimento proposto não é uma aplicação direta da metodologia citada, devido a características particulares do transputer, especialmente no que diz respeito ao paralelismo de operações, e sua estrutura de blocos internos. Com relação aos testes on-line, a utilização de um conjunto de instruções reduzido possibilita a realização de um teste rápido, reduzindo perdas de desempenho. Para os blocos restantes, de acordo com suas características, são construídos procedimentos de teste específicos. A freqüência de execução é ajustável para cada bloco. Dependendo das exigências da aplicação, alguns procedimentos podem ser omitidos, reduzindo a carga provocada pelo procedimento de teste no desempenho do sistema. A validação do procedimento de teste é realizada de duas maneiras: injeção de falhas, para verificar a capacidade de detecção: e avaliação de desempenho, para identificar o nível de degradação causado pela utilização do procedimento de teste em um sistema genérico. Apesar desse trabalho ter sido desenvolvido com base na estrutura da maquina TNODE [TEL91] e na abordagem de teste global descrita em [NUN93b], o procedimento de teste proposto pode ser utilizado em qualquer sistema composto por transputers, cujos parâmetros de aplicação se enquadrem nos requisitos usados neste trabalho. / Test procedures for electronic devices have been planned in order to deal with problems as test pattern generation, fault coverage and other parameters as cost and time. With the advent of very large scale integration (VLSI) circuits, such as the microprocessors, the test problems have arised. Concerning processors, their complexity is an invitation to the use of functional test procedures, ignoring the physical structure of the circuit. Further, structural information about the processor is, in general, unknown by users. In a functional level, a processor is seen as a system made up of functional blocks, whose description can be obtained from the user's manual. Each block is characterized by its function, as arithmetic and logic unit, registers, memory, etc... Testing the processor consists of exercising every block with specified test patterns. The use of the transputer processor in situations where reliability is needed depends on the use of on-line detection techniques. In this work, a functional test procedure for the transputer is proposed. The functional test here proposed intends to allow on-line fault detection, in a context of periodical application, with low degradation in global system performance. Hypotheses and procedures related to the fabrication process are not concerned. In order to make possible the use of conventional test techniques, the IMS T800 transputer is partitioned in functional blocks and a test model, based on the architecture of this component, is proposed. This model is supported by the similarity of this processor with a microprocessor system. Then each functional block may be tested in separate; for the blocks that have conventional microprocessor architecture (as part of the CPU and the FPU), the method proposed by Robach and Saucier [ROB80] is used. According to this functional test method, processor instructions are modeled by means of graphs which are the basis to find a minimal instruction set. The execution of this set exercises all elements that belong to the respective functional block of the transputer. Therefore, it is not a straight application of that methodology due to particular characteristics of the transputer, specially concerning the parallelism of operation and its internal blocks structure. Concerning on-line tests, the use of a reduced instruction set allows a fast test realization, reducing the overhead over system performance. For the remainder blocks, specific test procedures are built according to their features. The frequency of execution is adjustable to each block. Depending on the application constraints, some procedures may be omitted, reducing the overhead produced by the test procedure over the system performance. The validation of the test procedure may be done by means of: fault injection, to verify the faults coverage parameters; and performance evaluation, to identify degradation level caused by the inclusion of test procedure in a generic system. Although this work has been developed with basis in the structure of the T-NODE machine [TEL91] and the global test approach described in [NUN93b], it can be used in other transputer systems whose application parameters are similar to those here used.

Sistemas embarcados estão mais complexos e são cada vez mais utilizados em contextos que exigem muitos recursos computacionais. Isso significa que o hardware embarcado pode ser composto por vários processadores, memórias, partes reconfiguráveis e ASIPs integrados em um único silício. Adicionalmente, o software embarcados pode conter muitas rotinas de programação executadas sob restrição de processamento e memória. Esse cenário estabelece uma forte dependência entre o hardware e o software embarcado. Portanto, o teste de um sistema embarcado compreende o teste do hardware e do software. Neste contexto, a reutilização de procedimentos e estruturas de teste é um caminho para se reduzir o tempo de desenvolvimento e execução dos testes. Neste trabalho é apresentado um método de teste integrado de hardware e software. Nesse método, casos de teste desenvolvidos para testar o software embarcado também são usados para testar o seu processador. Comparou-se os custos e cobertura de falhas do método proposto com técnicas de auto-teste funcional. Os resultados experimentais demonstraram que foi possível reduzir os custos de aplicação e geração do teste do sistema usando um método de teste integrado de software e hardware. / Embedded Systems are more complexity. Nowadays, they are used in context that requires computational resources. This means an embedded hardware may be compound of several processors, memories, reconfigurable parts, and ASICs integrated in a single die. Additionally, an embedded software has a lot of programming procedures, which is under processing and memory constraints. This scenario provides a stronger connection between hardware and software. Therefore, the test of an embedded system is the test of both, hardware and software. In this context, reuse of testing structures and procedures is one way to reduce the test development time and execution. This work presents an integrated test of software and software method. In this method, test cases developed to test the embedded software are also used to test its processor. We compared the costs and fault coverage of our proposed method with techniques of functional self-test. The experimental results show that it is possible to reduce the implementation and test generation costs using an integrated test of software and hardware.

As próximas gerações de processadores many-core exigem que novas abordagens no projeto de arquitetura de processadores sejam propostas. Neste novo contexto, as redes de comunicação intra-chip são importantes para garantir o desempenho dos programas. Soluções tradicionais de interconexão possuem limites físicos que comprometem a escalabilidade e o desempenho no processamento de aplicações paralelas de diversos tipos. A alternativa apontada pelo estado da arte é a Network-on-Chip (NoC) composta por roteadores e outros elementos de rede capazes de prover comunicação escalável e de alto desempenho. No entanto, as cargas de trabalho geram padrões de comunicação diferentes que podem influenciar no desempenho da rede. Existem pesquisas que abordam metodologias de projeto dedicado de NoCs em função de domínios de aplicações específicos. Apesar de uma NoC dedicada possuir um alto desempenho, cargas de trabalho paralelas geram padrões de comunicação coletiva que mudam dinamicamente. Com o objetivo de aumentar a flexibilidade de redes-em-chip, trabalhos correlatos utilizam conceitos de computação reconfigurável para aumentar a capacidade da arquitetura da NoC se adaptar em função de padrões de comunicação. Alguns trabalhos focam na programação de FPGAs e outros em ASICs polimórficos. O objetivo desta tese é propor uma arquitetura de Network-on-Chip que suporte múltiplos clusters de núcleos de processamento através de roteadores programáveis e de topologias reconfiguráveis. Cada roteador é composto por uma chave crossbar reconfigurável capaz de implementar topologias dinamicamente através do uso de um segundo nível de reconfiguração. Os roteadores possuem processadores de rede que aumentam a flexibilidade e a capacidade da NoC se adaptar ao padrão de comunicação através de programas que monitoram e gerenciam a rede. Portanto, a contribuição da tese é a Arquitetura de NoC Programável Baseada em Múltiplos Clusters de Cores. Os resultados baseados em modelos analíticos e de simulação, e cargas de trabalho artificiais e naturais, mostram que a arquitetura da NoC possui um alto desempenho e vazão de pacotes, proporcionados pela adaptação de topologias e redução da influência da rede na comunicação. A ocupação em FPGA mostra que os roteadores programáveis possuem tamanho similares a NoCs com arquiteturas tradicionais para gerenciamento de mesma quantidade de núcleos. A menor utilização de buffers de entrada resulta em uma melhor eficiência no consumo de potência e energia. Portanto, através dos modelos de projeto e avaliação foi possível verificar através dos resultados que a arquitetura da MCNoC é uma alternativa para suportar padrões de comunicações coletivas. / For the next generation of many-core processors, new design methodologies must be proposed. In this context, on-chip interconnections are important to assure the program performance. Traditional approaches of interconnections have physical constraints that reduce the scalability and performance to process parallel applications. The state-of-theart points out to the Network-on-Chip (NoC), which consists of routers and other network devices capable of increasing the communication scalability and performance. However, workloads produce different types of communication patterns, which can influence the network performance. There are research works that explore applicationspecific NoC design to response the demand on specific workloads. Although a dedicated NoC has a high performance, parallel workloads have different collective communication patterns. In order to increase the flexibility of NoCs, related works use concepts of reconfigurable computing to add architecture adaptability to support dynamic communication patterns. Some works focus on FPGA-based reconfiguration and others on polymorphic ASICs. The goal of this thesis is to propose an alternative Programmable Multi-Cluster NoC architecture. Each router consists of a reconfigurable crossbar switch capable of implementing dynamic topologies through a second reconfiguration level. The routers have network processors that increase the flexibility and the NoC adaptability through management programs in order to support different workloads. Therefore, the contribution of this thesis is the following: A Programmable Multi-Cluster NoC (MCNoC) architecture. Based on analytical and simulation models, and artificial and natural workloads, results show the high performance and throughput for the proposed NoC architecture, due to the adaptable topologies and low network latency impact. Results based on FPGA shows a similar component utilization considering the proposed programmable NoC relative to conventional NoC architectures for the same number of processing cores. The low utilization of input buffers improves the efficiency of power and energy consumption. Therefore, through design and evaluation models, the NoC proposal was verified and the results point out the MCNoC as an alternative architecture to support collective communication patterns.

Este trabalho trata de arquiteturas e algoritmos para o desenvolvimento de sistemas computacionais. Tais sistemas são constituídos de um microprocessador (específico ou comercialmente disponível), de seu conjunto de programas e de um HW dedicado que será utilizado para otimização do sistema. O objetivo principal desta tese é demonstrar que, presentemente, a linha divisória entre HW e SW e cada vez mais tênue, e a transição entre um e outro pode ser feita de maneira suave pelo projetista de sistemas, na busca de um ponto ótimo no balanço entre custo e desempenho. Apresenta-se em seqüência o ambiente de CAD, a classificação de rotinas e os métodos de otimização tendo em vista esta classificação para o aumento de desempenho de sistemas computacionais. A seguir são apresentadas técnicas para processadores dedicados de arquitetura Risc, visando a otimização de certos tipos de programas. Os resultados de aceleração são apresentados para um conjunto de exemplos. Tendo em vista o mercado nacional de eletrônica, fortemente baseado em microcontroladores, estudam-se e mostram-se possibilidades de otimização e integração de sistemas baseados em tais processadores, assim como a aplicabilidade das mesmas técnicas para processadores dedicados. A viabilidade técnica desta realização é discutida através de exemplos baseados em aplicações reais. Finalmente, a validação de sistemas computacionais, em especial aqueles trabalhados nesta tese, é discutida. / This work discusses architectures and algorithms for the development of computational systems, which are based on a microprocessor (custom or off-the-shelf), the set of application programs and a dedicated HW, used to increase the performance of the whole system. The goal of this work is to show that, nowadays, the division line between SW and HW is smooth, and the transition from one to the other can be achieved by the system designer using a specific CAD in order to obtain a trade-off between cost and performance. The CAD environment is presented, followed by routine classification and optimization methods based on the former classification to increase the performance of the system. Techniques devoted to systems based on dedicated Risc processors are showed next, to optimize certain type of programs. Positive results are shown for a set of examples. Since the Brazilian electronics market is strongly based on microcontrollers, the study and results of optimization techniques regarding this type of systems are also presented. The same techniques can be applied to dedicated processors as well. Results of this proposal are obtained for a set of real world examples. The last topic of this work regards the validation of computational systems, mainly those presented throughout this work.

Procedimentos de teste para dispositivos eletrônicos tem sido construídos de forma a lidar com problemas, tais como geração de padrões de teste, cobertura de falhas e outros parâmetros tais como custo e tempo. Com o surgimento dos circuitos VLSI (Very Large Scale Integration), tais como os processadores, os problemas do teste tem aumentado. Com relação aos processadores, sua complexidade é um convite para o uso de procedimentos de teste funcionais, ignorando a estrutura física dos circuitos. Adicionalmente, informações sobre a estrutura do processador são geralmente desconhecidas por parte do usuário. No nível funcional, um processador é tratado como um sistema composto por blocos funcionais, cuja descrição pode ser obtida no manual do usuário. Cada bloco e caracterizado pela sua função, como por exemplo, a unidade lógica e aritmética, registradores, memória, etc... Testar o processador consiste em exercitar cada bloco com padrões de teste determinados. A utilização do processador transputer em situações onde se faz necessário um certo nível de confiabilidade depende da utilização de técnicas para detecção on-line. No presente trabalho é proposto um procedimento para o teste funcional do transputer. O teste funcional aqui proposto permite detecção de falhas on-line, em um contexto de aplicação periódica (pela suspensão temporária mas sem alteração do contexto da aplicação do usuário), com baixa degradação no desempenho global do sistema. Hipóteses e procedimentos relacionados a fabricação de circuitos não são considerados. Para possibilitar o uso de técnicas de teste convencionais, o transputer IMS T800 é particionado em blocos funcionais e um modelo para o teste, baseado na organização desse componente, e proposto. Este modelo é apoiado pela similaridade desse processador com um sistema microprocessado. Após o particionamento cada bloco funcional pode ser testado em separado; para os blocos que possuem organização como a de microprocessadores convencionais (tais como parte da CPU e a FPU), utiliza-se como base o método proposto por Robach and Saucier [ROB80]. De acordo com este método de teste funcional, as instruções do processador são modeladas por intermédio de grafos, que formam a base para definição de um conjunto mínimo de instruções. A execução desse conjunto exercita todos os elementos pertencentes ao respectivo bloco funcional do transputer. Entretanto, o procedimento proposto não é uma aplicação direta da metodologia citada, devido a características particulares do transputer, especialmente no que diz respeito ao paralelismo de operações, e sua estrutura de blocos internos. Com relação aos testes on-line, a utilização de um conjunto de instruções reduzido possibilita a realização de um teste rápido, reduzindo perdas de desempenho. Para os blocos restantes, de acordo com suas características, são construídos procedimentos de teste específicos. A freqüência de execução é ajustável para cada bloco. Dependendo das exigências da aplicação, alguns procedimentos podem ser omitidos, reduzindo a carga provocada pelo procedimento de teste no desempenho do sistema. A validação do procedimento de teste é realizada de duas maneiras: injeção de falhas, para verificar a capacidade de detecção: e avaliação de desempenho, para identificar o nível de degradação causado pela utilização do procedimento de teste em um sistema genérico. Apesar desse trabalho ter sido desenvolvido com base na estrutura da maquina TNODE [TEL91] e na abordagem de teste global descrita em [NUN93b], o procedimento de teste proposto pode ser utilizado em qualquer sistema composto por transputers, cujos parâmetros de aplicação se enquadrem nos requisitos usados neste trabalho. / Test procedures for electronic devices have been planned in order to deal with problems as test pattern generation, fault coverage and other parameters as cost and time. With the advent of very large scale integration (VLSI) circuits, such as the microprocessors, the test problems have arised. Concerning processors, their complexity is an invitation to the use of functional test procedures, ignoring the physical structure of the circuit. Further, structural information about the processor is, in general, unknown by users. In a functional level, a processor is seen as a system made up of functional blocks, whose description can be obtained from the user's manual. Each block is characterized by its function, as arithmetic and logic unit, registers, memory, etc... Testing the processor consists of exercising every block with specified test patterns. The use of the transputer processor in situations where reliability is needed depends on the use of on-line detection techniques. In this work, a functional test procedure for the transputer is proposed. The functional test here proposed intends to allow on-line fault detection, in a context of periodical application, with low degradation in global system performance. Hypotheses and procedures related to the fabrication process are not concerned. In order to make possible the use of conventional test techniques, the IMS T800 transputer is partitioned in functional blocks and a test model, based on the architecture of this component, is proposed. This model is supported by the similarity of this processor with a microprocessor system. Then each functional block may be tested in separate; for the blocks that have conventional microprocessor architecture (as part of the CPU and the FPU), the method proposed by Robach and Saucier [ROB80] is used. According to this functional test method, processor instructions are modeled by means of graphs which are the basis to find a minimal instruction set. The execution of this set exercises all elements that belong to the respective functional block of the transputer. Therefore, it is not a straight application of that methodology due to particular characteristics of the transputer, specially concerning the parallelism of operation and its internal blocks structure. Concerning on-line tests, the use of a reduced instruction set allows a fast test realization, reducing the overhead over system performance. For the remainder blocks, specific test procedures are built according to their features. The frequency of execution is adjustable to each block. Depending on the application constraints, some procedures may be omitted, reducing the overhead produced by the test procedure over the system performance. The validation of the test procedure may be done by means of: fault injection, to verify the faults coverage parameters; and performance evaluation, to identify degradation level caused by the inclusion of test procedure in a generic system. Although this work has been developed with basis in the structure of the T-NODE machine [TEL91] and the global test approach described in [NUN93b], it can be used in other transputer systems whose application parameters are similar to those here used.

Sistemas embarcados estão mais complexos e são cada vez mais utilizados em contextos que exigem muitos recursos computacionais. Isso significa que o hardware embarcado pode ser composto por vários processadores, memórias, partes reconfiguráveis e ASIPs integrados em um único silício. Adicionalmente, o software embarcados pode conter muitas rotinas de programação executadas sob restrição de processamento e memória. Esse cenário estabelece uma forte dependência entre o hardware e o software embarcado. Portanto, o teste de um sistema embarcado compreende o teste do hardware e do software. Neste contexto, a reutilização de procedimentos e estruturas de teste é um caminho para se reduzir o tempo de desenvolvimento e execução dos testes. Neste trabalho é apresentado um método de teste integrado de hardware e software. Nesse método, casos de teste desenvolvidos para testar o software embarcado também são usados para testar o seu processador. Comparou-se os custos e cobertura de falhas do método proposto com técnicas de auto-teste funcional. Os resultados experimentais demonstraram que foi possível reduzir os custos de aplicação e geração do teste do sistema usando um método de teste integrado de software e hardware. / Embedded Systems are more complexity. Nowadays, they are used in context that requires computational resources. This means an embedded hardware may be compound of several processors, memories, reconfigurable parts, and ASICs integrated in a single die. Additionally, an embedded software has a lot of programming procedures, which is under processing and memory constraints. This scenario provides a stronger connection between hardware and software. Therefore, the test of an embedded system is the test of both, hardware and software. In this context, reuse of testing structures and procedures is one way to reduce the test development time and execution. This work presents an integrated test of software and software method. In this method, test cases developed to test the embedded software are also used to test its processor. We compared the costs and fault coverage of our proposed method with techniques of functional self-test. The experimental results show that it is possible to reduce the implementation and test generation costs using an integrated test of software and hardware.

Submitted by Algacilda Conceição (algacilda@sibi.ufrj.br) on 2018-03-27T17:11:40Z No. of bitstreams: 1 133673.pdf: 3470290 bytes, checksum: 6623610e1129ecaebd9023baa80a18cc (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-27T17:11:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 133673.pdf: 3470290 bytes, checksum: 6623610e1129ecaebd9023baa80a18cc (MD5) Previous issue date: 1973-10 / Descreve a arquitetura de um pequeno computador realizado com base num processador monolítico e sua simulação. Primeiramente estabelece-se os circuitos externos ao processador necessários ao seu funcionamento. Em seguida mostra-se um simulador que executa instruções dadas em sua forma binária. O usuário pode definir dentro do simulador a organização da memória, dos periféricos e do sistema de interrupção. Finalmente descreve-se a implementação do computador. / Describes an architecture for a small computer using a microprocessor as its central processing unit. In the first part of the work it is established the necessary external logic circuits for the microprocessor. The second part presents a simulator that executes instructions given in binary form. The user may define the memory, peripherals and interrupt system organization inside the simulator. Finally it is described the implementation of the computer.

As próximas gerações de processadores many-core exigem que novas abordagens no projeto de arquitetura de processadores sejam propostas. Neste novo contexto, as redes de comunicação intra-chip são importantes para garantir o desempenho dos programas. Soluções tradicionais de interconexão possuem limites físicos que comprometem a escalabilidade e o desempenho no processamento de aplicações paralelas de diversos tipos. A alternativa apontada pelo estado da arte é a Network-on-Chip (NoC) composta por roteadores e outros elementos de rede capazes de prover comunicação escalável e de alto desempenho. No entanto, as cargas de trabalho geram padrões de comunicação diferentes que podem influenciar no desempenho da rede. Existem pesquisas que abordam metodologias de projeto dedicado de NoCs em função de domínios de aplicações específicos. Apesar de uma NoC dedicada possuir um alto desempenho, cargas de trabalho paralelas geram padrões de comunicação coletiva que mudam dinamicamente. Com o objetivo de aumentar a flexibilidade de redes-em-chip, trabalhos correlatos utilizam conceitos de computação reconfigurável para aumentar a capacidade da arquitetura da NoC se adaptar em função de padrões de comunicação. Alguns trabalhos focam na programação de FPGAs e outros em ASICs polimórficos. O objetivo desta tese é propor uma arquitetura de Network-on-Chip que suporte múltiplos clusters de núcleos de processamento através de roteadores programáveis e de topologias reconfiguráveis. Cada roteador é composto por uma chave crossbar reconfigurável capaz de implementar topologias dinamicamente através do uso de um segundo nível de reconfiguração. Os roteadores possuem processadores de rede que aumentam a flexibilidade e a capacidade da NoC se adaptar ao padrão de comunicação através de programas que monitoram e gerenciam a rede. Portanto, a contribuição da tese é a Arquitetura de NoC Programável Baseada em Múltiplos Clusters de Cores. Os resultados baseados em modelos analíticos e de simulação, e cargas de trabalho artificiais e naturais, mostram que a arquitetura da NoC possui um alto desempenho e vazão de pacotes, proporcionados pela adaptação de topologias e redução da influência da rede na comunicação. A ocupação em FPGA mostra que os roteadores programáveis possuem tamanho similares a NoCs com arquiteturas tradicionais para gerenciamento de mesma quantidade de núcleos. A menor utilização de buffers de entrada resulta em uma melhor eficiência no consumo de potência e energia. Portanto, através dos modelos de projeto e avaliação foi possível verificar através dos resultados que a arquitetura da MCNoC é uma alternativa para suportar padrões de comunicações coletivas. / For the next generation of many-core processors, new design methodologies must be proposed. In this context, on-chip interconnections are important to assure the program performance. Traditional approaches of interconnections have physical constraints that reduce the scalability and performance to process parallel applications. The state-of-theart points out to the Network-on-Chip (NoC), which consists of routers and other network devices capable of increasing the communication scalability and performance. However, workloads produce different types of communication patterns, which can influence the network performance. There are research works that explore applicationspecific NoC design to response the demand on specific workloads. Although a dedicated NoC has a high performance, parallel workloads have different collective communication patterns. In order to increase the flexibility of NoCs, related works use concepts of reconfigurable computing to add architecture adaptability to support dynamic communication patterns. Some works focus on FPGA-based reconfiguration and others on polymorphic ASICs. The goal of this thesis is to propose an alternative Programmable Multi-Cluster NoC architecture. Each router consists of a reconfigurable crossbar switch capable of implementing dynamic topologies through a second reconfiguration level. The routers have network processors that increase the flexibility and the NoC adaptability through management programs in order to support different workloads. Therefore, the contribution of this thesis is the following: A Programmable Multi-Cluster NoC (MCNoC) architecture. Based on analytical and simulation models, and artificial and natural workloads, results show the high performance and throughput for the proposed NoC architecture, due to the adaptable topologies and low network latency impact. Results based on FPGA shows a similar component utilization considering the proposed programmable NoC relative to conventional NoC architectures for the same number of processing cores. The low utilization of input buffers improves the efficiency of power and energy consumption. Therefore, through design and evaluation models, the NoC proposal was verified and the results point out the MCNoC as an alternative architecture to support collective communication patterns.