파이프라인 실행 구조의 최악 실행시간 분석기법

Abstract

실시간 시스템을 구성하고자 할 때 중요한 요소 중의 하나는 시스템을 구성하는 작업들의 최악 실행시간(Worst Case Execution Time : WCET)을 예측하는 것이다. 이에 따라 지금까지 최악 실행시간 분석에 관한 많은 연구가 진행되어 왔다. 그러나 이들 연구에서는 최근에 많이 사용되는 RISC 프로세서 내부의 캐쉬 구조와 파이프라인 실행 구조에 대한 고려를 하지 않았다. 따라서 많은 경우 분석 결과는 실제 실행시간과 많은 차이를 보였다. 본 논문에서는 파이프라인 실행 구조에 의한 영향을 반영하여 최악 실행시간을 분석하기 위해 기존의 타이밍 스키마(Timing Schema)를 확장한 확장된 타이밍 스키마(Extended Timing Schema)를 제안한다. 확장된 타이밍 스키마에서는 실행시간 정보로서 기존 타이밍 스키마의 단순한 실행시간 범위(time-bound) 대신 파이프라인된 중첩 실행으로 인한 영향을 반영한 최악 실행시간 정보(Worst Case Timing Abstraction : WCTA)를 실행블럭 별로 유지한다. 그리고, 이들에 대해서 접속(concatenation)과 절지(pruning)라고 하는 새로운 연산을 계층적으로 적용해 가며 최악 실행경로에 포함될 가능성이 있는 경로들의 최악 실행시간을 분석한다. 본 논문에서는 제안하는 분석 기법에 따라 구현된 실행시간 분석기를 사용하여 프로그램의 최악 실행시간을 분석한 실험 결과를 제시한다. 실험에서 확장된 타이밍 스키마를 이용해 실행블럭들 사이의 파이프라인 실행에 의한 중첩실행 가능성을 최대한 반영할 때, 이를 고려하지 않을 때보다 약 50%까지 더 실제 실행 시간에 가까운 결과를 얻을 수 있었으며, 이 결과는 실제 측정된 실행시간에 매우 근접하는 것이었다.