2019 Fiscal Year Research-status Report
IoTデバイスのための組込みアプリケーションへの自動適応化技術
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19K11873
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| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
田中 清史 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (20333445)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | リアルタイムシステム / 命令セット / 適応化 / FPGA / リアルタイムスケジューリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，組込みアプリケーションの要求にしたがって必要最小構成のCPUおよびOSを自動生成する技術を研究し，IoT時代における機器開発の効率化，コスト削減，および性能向上を支援することを目的としている．2019年度は主に全体計画のうち，(1)CPU適応化の方針検討，(2)CPU適応化の詳細設計，(3)OS適応化の方針検討，(4)OS適応化の詳細設計，および(5)各種リアルタイムスケジューリングアルゴリズムの実装について研究を進めた．
上記(1)において，組込みシステムで使用実績のあるMIPS命令セット，および現在新たな命令セットとして注目されているRISC-V命令セットを対象とし，コスト／消費電力削減を目的とし，機器上で実行されるアプリケーションにおいて必要な命令のみを実行するプロセッサを生成する技術の基本方針を検討・策定した．この基本方針に基づき，(2)において，アプリケーションプログラムのバイナリコードを解析し，必要な命令のみを抽出し，それらの命令を実行するために必要なデータパス／制御論理のみを持つマイクロアーキテクチャを自動生成する開発環境の基本設計を行った．
(3)および(4)では，対象アプリケーションが使用するシステムコールに対して，使用する機能のコードのみを残し，その他のコード断片を削除する方式を考案し，これを自動的に行うツールの基本設計を行い，実行コードの削減量と実行時間の短縮量についての予備評価を行った．
(5)においては，マルチプロセッサ上での従来の最適なリアルタイムスケジューリングと比較し，マイグレーション回数とスケジューラ起動回数を削減するアルゴリズムを提案し，研究代表者が過去に研究開発した組込みオペレーティングシステムにこの提案アルゴリズムに実装し，FPGAを搭載する評価基盤上で評価を行った．
以上の研究成果について国内研究会および国際会議で発表を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
【研究実績の概要】で述べた通り，研究実施計画として挙げた5項目をすべて達成した．
項目(1)，(2)に関して，実際にハードウェア記述言語によりプロセッサのプロトタイプを設計・実装し，かつ適応化を行うコンフィギュレータの簡易版（一部マニュアル操作を含む）を開発し，評価を行った．これについて結果をまとめ，国際会議1件，国内研究会1件の発表を行った．
項目(3)，(4)に関して，組込みアプリケーションプログラムのソースコードを入力とし，自動適応化を行う環境のプロトタイプを開発し，評価を行った．これについて結果をまとめ，ジャーナル論文としてまとめ，投稿を行った．
項目(5)に関し，提案するマルチプロセッサ対応スケジューリングアルゴリズムを実装・評価し，国際会議1件の発表を行った．
以上から，当初の計画通り遂行し，おおむね順調に進展しているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，初年度の項目(1)～(5)に引き続き，(6)適応化用CPUの詳細設計・開発，(7)CPU適応化ツールの実装，(8)適応化用OSの詳細設計・開発，(9)OS適応化ツールの実装，(10)適応化CPU・OSの評価，(11)適応化スケジューラの実装，および(12)適応化スケジューラのリアルタイム性評価を行う．
このうち，2020年度は主に(6)，(8)，(11)を実施する．(6)，(8)については初年度で既に対応する基本設計を終了しており，これらに追加してユーザインタフェースの実装および統合環境としてのツールの最適化について研究を行う．
(11)については，初年度に実装したスケジューリングアルゴリズムを含め，研究代表者がこれまでに提案してきた各種アルゴリズムを実装し，これらを選択可能とする適応化スケジューラを開発する．
最終年度となる2021年度では，(7)，(9)，および(12)について研究を実施し，組込みシステム開発のための統合的な開発環境を実現し，評価を行う．
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| Causes of Carryover |
（理由）物品費において当初の見積りとの差額が生じたため．
（使用計画）今後の物品費に充てることにより，本研究遂行をより進めることを計画する．
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