한국멀티미디어학회논문지 (Journal of Korea Multimedia Society)

  • 제12권5호
  • /
  • Pages.617-632
  • /
  • 2009
  • /
  • 1229-7771(pISSN)
  • /
  • 2384-0102(eISSN)
한국멀티미디어학회 (Korea Multimedia Society)
권호 표지

SoC 플랫폼에서 태스크 기반의 조립형 재구성이 가능한 네트워크 프로토콜 스택에 관한 연구

A Study on Reconfigurable Network Protocol Stack using Task-based Component Design on a SoC Platform

  • 김영만 (부산대학교 컴퓨터공학과) ;
  • 탁성우 (부산대학교 정보컴퓨터공학부)
  • 발행 : 2009.05.30
PDF 다운로드
⟨ 이전 논문 다음 논문 ⟩

초록

본 논문에서는 네트워크 포로토콜의 기능 명세를 소프트웨어 및 하드웨어 태스크로 분할한 후에 태스크 단위에서 조립형 재구성이 가능한 네트워크 프로토콜 스택의 설계 기법을 제안하였다. 또한 네트워크 기능을 사용하는 실시간 응용 서비스의 마감시한을 보장하기 위하여 개별 태스크의 마감시한을 보장함과 동시에 각 태스크 간에 교환되는 메시지의 마감시한을 보장하는 기법을 제안하였다. 제안한 기법은 네트워크 프로토콜의 기능을 태스크 단위로 분할한 후에 조립형 재구성이 가능한 소프트웨어 및 하드웨어 기반의 네트워크 프로토콜 태스크로 설게 및 구현할 수 있다. 또한 제아한 실시간 메시지 교환 기법은 마감시한 내에 메시지의 처리를 완료해야 하는 멀티미디어 응용 서비스의 실시간 속성을 만족시킬 수 있다. 본 논문에서는 TCP/IP 프로토콜을 태스크 단위로 분할하여 SoC(System-on-chip) 플랫폼에서 각각 하드웨어 및 소프트웨어 태스크로 구현한 후에 제안한 기법의 성능을 분석한 결과, 응용 서비스가 요구하는 실시간성 만족도를 제공함과 동시에 TCP/IP 프로토콜의 처리 성능도 향상되었음을 확인하였다.

In this paper we propose a technique of implementing the reconfigurable network protocol stack that allows for partitioning network protocol functions into software and hardware tasks on a SoC (System on Chip) platform. Additionally, we present a method that guarantees the deadline of both an individual task and messages exchanging among tasks in order to meet the deadline of real-time multimedia and networking services. The proposed real-time message exchange method guarantees the deadline of messages generated by multimedia services that are required to meet the real-time properties of multimedia applications. After implementing the networking functions of TCP/IP protocol suite into hardware and software tasks, we verify and validate their performance on the SoC platform. Experimental results indicate that the proposed technique improves the performance of TCP/IP protocol suit as well as application service satisfaction in application-specific real-time.

키워드

참고문헌

  1. J.P. Durbano, F.E. Ortiz, J.R. Humphrey, P.F. Curt, and D.W. Prather, "FPGA-Based Acceleration of the 3D Finite-Difference Time-Domain Method," IEEE Symposium on Field-Programmable Custom Computing Machines, pp. 156-163, 2004.
  2. M. Gokhale, J. Frigo, C. Ahrens, J.L. Tripp, and R. Minnich, "Monte Carlo Radiative Heat Transfer Simulation on a Reconfigurable Computer," International Conference on Field Programmable Logic and Application, pp. 95-104, 2004.
  3. D.W. Kim, W.O. Kwon, K. Park, and S.W. Kim, "Internet Protocol Engine in TCP/IP Offloading Engine," International Conference on Advanced Communication Technology, Vol. 1, pp. 270-275, 2008.
  4. J.C. Hamerski, E. Reckziegel, and F.L. Kastensmidt, "Evaluating memory sharing data size and TCP connections in the performance of a reconfigurable hardware-based architecture for TCP/IP stack," IFIP International Conference on Very Large Scale Integration, pp, 212-217, 2007.
  5. Z.Z. Wu and H.C. Chen, "Design and Implementation of TCP/IP Offload Engine System over Gigabit Ethernet," Proceedings of 15th International Conference on Computer Communications and Networks, pp. 245-250, 2006.
  6. S.M. Chung, C.Y. Li, H.H. Lee, J,H. Li, Y.C. Tsai, and C.C. Chen, "Design and implementation of the high speed TCP/IP Offload Engine," International Symposium on Communications and Information Technologies, pp. 574-579, 2007.
  7. M.B. Srivastava and R.W. Brodersen, "Rapid-prototyping of hardware and software in a unified framework," IEEE International Conference on Computer-Aided Design, pp. 152-155, 1991.
  8. F. Fischer, A. Muth, and G. Farber, "Towards interprocess communication and interface synthesis for a heterogeneous real-time rapid prototyping environment," Proceedings of the Sixth International Workshop on Hardware/Software Codesign, pp. 35-39, 1998.
  9. M. Eisenring and M. Platzner, "Synthesis of interfaces and communication in reconfigurable embedded systems," IEE Proceedings Computers and Digital Techniques, Vol. 147, No. 3, pp. 159-165, 2000. https://doi.org/10.1049/ip-cdt:20000496
  10. S. Gopalakrishnan, M. Caccamo, and L. Sha, "Switch Scheduling and Network Design for Real-Time Systems," Proceedings of 12th IEEE Real-Time and Embedded Technology and Applications Symposium, pp. 289-300, 2006.
  11. A. Yiming and T. Eisaka, "A switched Ethernet protocol for hard real-time embedded system applications," Proceedings of 19th International Conference on Advanced Information Networking and Applications, Vol. 2, pp. 41-44, 2005.
  12. Altera, Excalibur EPXA4 device, available at http://www.altera.com/literature/es_epxa4.pdf.
  13. LAN91C111, 10/100 Non-PCI LAN ethernet controller, SMSC Corporation, available at http://www.smsc.com/main/datasheets/91c111.pdf.
  14. F. Cottet, J. Delacroix, C. Kaiser, and Z. Mammeri, Scheduling in Real-time systems, John Wiley, England, 2002.
  15. ISO/IEC, "Coding of audio-visual objects - Part 2: Visual," ISO/IEC 14496-2:2001 Second Edition, 2001.
  16. ISO/IEC, "Information technology - Generic coding of moving pictures and associated audio information - Part 3: Audio," ISO/IEC 13818-3:1998 Second Edition, 1998.
  17. K. Nahrstedt and R. Steinmetz, "Resource management in networked multimedia systems," IEEE Computer, Vol. 22, No. 11, pp. 52-63, 1995.