Многие современные киберфизические системы (например, роботы, системы управления ”умным домом”, ”интернет вещей”) имеют гетерогенные архитектуры, то есть включают в себя процессоры и микроконтроллеры различных аппаратных архитектур. Такие системы обычно включают в себя более мощный процессор, осуществляющий общее управление, и дополнительные вспомогательные процессоры или микроконтроллеры, часто включающие в себя такие компоненты, как АЦП, ШИМ-контроллер и выполняющие специальные функции, например, такие, как работа с датчиками, моторами, манипуляторами.
Типичными примерами конфигураций таких систем являются: STM32 discovery (периферийный микроконтроллер) + Odroid XU4 (управляющий), Arduino с Atmel AVR (периферийный) + Raspberry Pi (управляющий), MSP430 (периферийный) + OMAP-L138 (управляющий).
Традиционно каждый из компонентов такой гетерогенной системы программируется отдельно с использованием специфичных для платформы инструментов, программное обеспечение для него компилируется статически. Необходимость использования для каждого аппаратного компонента системы своих средств разработки (IDE и другие инструменты) и вести разработку в отдельных проектах усложняет процессы разработки и поддержки программного обеспечения.
Разработка дополнительно осложняется тем, что необходимо учитывать особенности работы каждого компонента. Например, вспомогательный микроконтроллер зачастую обладает малым количеством памяти и низкой вычислительной мощностью, поэтому для него часто
создают базовую прошивку, способную выполнять лишь простейшие действия: чтение значений подключенных датчиков и отправка их на управляющий процессор; запись значений в регистры устройств, инициируемая со стороны управляющего процессора. Такая организация имеет недостаток в виде постоянной передачи данных между компонентами системы, поскольку в базовой прошивке вспомогательного контроллера нет даже части логики алгоритма, который полностью исполняется управляющим процессором.
Контроллер TRIK [9], предназначенный для разработки киберфизических систем, имеет гетерогенную архитектуру. Он включает в себя управляющий процессор OMAP-L138 (архитектура ARM) и периферийный микроконтроллер msp430f5510.
В данной работе предлагается решение для программирования различных киберфизических гетерогенных систем, а также описывается его апробация на платформе TRIK.
В рамках данной выпускной квалификационной работы были достигнуты следующие результаты.
1. Проведен обзор решений в области программирования гетерогенных систем.
2. Разработана архитектура системы программирования киберфизических гетерогенных архитектур на основе динамической генерации машинного кода с использованием LLVM.
3. Реализован прототип системы.
4. Проведена апробация разработанного прототипа системы на кибернетической платформе TRIK, также проведен анализ разработанного решения и его потенциального развития.
Результаты данной работы также были представлены на конференции SEIM 2017.
