Operating system support for reconfigurable accelerators in heterogeneous computing system

The evolution of computing system technologies brought to the creation of complex systems. The difficulties to efficiently use such systems increased proportionally. Current computing systems are composed by heterogeneous computational units, e.g. GPP and GPGPU. Recently it has been proposed to move all the choices done at design time like system configuration and optimization inside the system itself. The aim of this idea is the creation of systems able to adapt themselves to the working environment changes. This research context is referred as "Autonomic Computing". A particular case of autonomic computing is "Self-Aware Adaptive Computing". In this context the system is aware of the current working environment and can adapt its internals in order to better exploit computation. In this thesis the adaptation mechanism considered consist in moving the computation of a task on the best suited computational unit. In this context reconfigurable devices, such as FPGA, are considered for a dynamic adaptation of the hardware configuration. However, current operating systems does not have a native support fur such devices. The aim of this thesis is to propose a new approach for the management of reconfigurable devices into heterogeneous system. The novelties of this work are resumed in the following points: - a layered approach for the driver development for reconfigurable devices; - a driver subsystem for the dynamic management of such drivers; - a standard access interfaces which hides the details of the reconfiguration from the users and programmers.

Gli attuali sistemi di elaborazione hanno visto un'evoluzione sempre maggiore portando alla creazione di sistemi sempre più complessi e difficili da gestire, sempre più spesso dotati di unità computazionali eterogenee e.g., GPP e GPGPU. Recentemente è stato proposto di spostare tutte le scelte di configurazione e ottimizzazione inerenti al design di sistemi di eleborazione all'interno dei sistemi stessi. L'obiettivo è la creazione di sistemi di elaborazione capaci di adattarsi ai vari cambiamenti del contesto esecutivo. Questo contesto di ricerca è riferito sotto il termine di "Sistema Autonomico". Una branca dei sistemi autonomici in particolare ha l'obiettivo di rendere i sistemi conscienti delle contesto di lavoro e di adattarsi in caso lo si ritenga necessario. Per adattamento in questa tesi si intende la possibilità del sistema di decidere quale sia l'unità computazionale più adatta per l'esecuzione di un task. In questo contesto è stato proposto di utilizzare dispositivi riconfigurabili e.g. dispositivi FPGA, per adattare dinamicamente l'hardware del sistema al contesto di lavoro. Gli attuali sistemi operativi non prevedono però una gestione standard di tali dispositivi. L'obiettivo di questo lavoro di tesi è proporre un nuovo approccio per la gestione dei dispositivi riconfigurabili all'interno di sistemi eterogenei. Il contributo innovativo di questo lavoro è riassunto nei seguenti punti: - sviluppo di un approccio a livelli per lo sviluppo di driver per dispositivi rinconfigurabili; - creazione di un sottosistema per la gestione dinamica di questi driver; - scrittura di una API standard per l'utilizzo di tali driver mascherando la complessità di gestione dai programmatori e amministratori.