Tópicos em Sistemas Embarcados. Esterel

Transcrição

1 Universidade Federal do Rio Grande do Sul Instituto de Informática Tópicos em Sistemas Embarcados Esterel

2 Esterel 1. Do Surgimento 2. A Linguagem Esterel 3. Vantagens da Linguagem 4. Desvantagens da Linguagem 5. O Esterel Studio 6. Vantagens do Esterel Studio 7. Quem Usa o Esterel Studio 8. O Consórcio Esterel 9. Referências 2

3 Do Surgimento... Em 1984, Jean-Paul Marmorat and Jean-Paul Rigault, dois pesquisadores da Ecole des Mines em Paris, estavam desenvolvendo um carro robô para uma competição. As linguagens clássicas não permitiam a eles expressar de maneira natural e poderosa os algoritmos de controle. Assim, eles criaram uma notação informal para solucionar o problema. A facilidade em expressar algoritmos de controle atraiu a atenção de acadêmicos e organizações de pesquisa. Logo, a linguagem informal ficou totalmente rigorosa e se tornou a origem da linguagem Esterel. 3

4 A Linguagem Esterel É uma linguagem Síncrona Reativa. - Síncrona: o sinal emitido é percebido por todo o sistema ao mesmo tempo; - Reativa: responde de acordo com a entrada, recebe um sinal, computa e retorna a saída. É uma linguagem de programação otimizada para programar Sistemas Reativos (que são frequentemente interrompidos e precisam responder rapidamente). 4

5 A Linguagem Esterel The Multiform Notion of Time. A noção de tempo é substituída pela noção de ordem, somente a simultaneidade e a ocorrência de eventos são considerados. O tempo físico não importa. Signals. Os sinais são a única forma de comunicação, eles podem ser valorados ou não. Do tipo entrada, saída ou local. Ou está presente ou ausente, nunca os dois no mesmo instante. Por padrão, um sinal está ausente, e assim que ele é emitido, é percebido por todo o sistema no mesmo instante. 5

6 A Linguagem Esterel O programa seguinte emite a saída O assim que as entradas A e B são recebidas. Reinicia o comportamento toda vez que a entrada R é recebida. module ABRO: input A, B, R; output O; loop [ await A await B ]; emit O each R end module 6

7 Vantagens da Linguagem - O modelo de tempo dá controle preciso ao programador; - Concorrência conveniente para especificar sistemas de controle; - Completamente Determinística; - Tempo de execução previsível e maior facilidade de fazer a verificação formal; - Pode ser implementado tanto em hardware como em software. 7

8 Desvantagens da Linguagem - A natureza de estado-finito da linguagem limita a flexibilidade; - Desafios semânticos: - Evitar infrações de causalidade é freqüentemente difícil; - Difícil de compilar no caso geral, mas critério simples de correção existe. 8

9 O Esterel Studio É uma ferramenta de desenvolvimento para a linguegem Esterel. Otimizada para Hardware IP's (tais como, DMAs, protocolos, controladores de cache, I/O subsystems, etc). Dedicada em capturar especificações formais de projeto, capacitando verificação formal de propriedades no início da fase de projeto, e automatizando a produção de código sintetizável RTL (VHDL e Verilog), ambos para propósitos de prototipação e produção. 9

10 O Esterel Estudio Características da Ferramenta: * Rigorous executable specifications. * Unlimited hierarchical design and synthesis flow. * Support of signed / unsigned integers of arbitrary size or arithmetic with no bit loss. * Generated VHDL, Verilog, C, C++, SystemC all share the same exact behavior. * Powerful sequential control and preemption primitives. * Co-simulation with all HDL simulators. * Automatic detection of potential data overflow. * Automatic VHDL and C testbench generation. * Formal verification of properties and assertions. * ECO support and critical path displays. 10

11 Vantagens do ES A validação das especificações de execução neste nível são obtidas mais rapidamente que na codificação RTL e diminui o time to market em pelo menos 30%. Comunicação inter e intra equipes utilizando modelos formais e fáceis de entender: 70% dos erros críticos são relacionados à especificação e podem ser detectados em estágios iniciais do projeto. 11

12 Vantagens do ES A verificação formal das propriedades seguras estressam o projeto e não se encaixam na detecção de problemas corner-case. Verificação formal e prematura pode reduzir o número de erros não detectados na simulação em nível de sistema em até 50%. A geração automática de código RTL sintetizável eficiente economiza tempo de codificação, e, o mais importante, garante comportamento idêntico entre especificações executáveis do Esterel Estúdio, RTL e modelos baseados em C. 12

13 Quem Usa o ES Engenheiros de Validação de Sistemas utilizam o Esterel Studio para tarefas específicas, tais como, provas de propriedades específicas do sistema, dimensionmento do pior caso, chip-level validation. Projetistas RTL utilizam as especificações executáveis geradas pelo Esterel Studio para refinar a especificação do projeto, proporcionando maior otimização. Arquitetos de Smart Card e aplicações de segurança relacionadas utilizam o Esterel Studio para modelagem e especificação do sistema. 13

14 O Consórcio Esterel 14

15 Referências Esterel Studio Esterel Technologies Linguagem Esterel Livro Compiling Esterel Potop-Butucaru, Dumitru; Edwards, Stephen A.; Berry, Gerard 2007, XXI, 335 p., Hardcover 15