Throughput Unfairness in Fair Arbitration Interconnection-Buses for Aerospace Embedded Systems

Authors

  • Salvador Ibarra Universidad Autonoma de Zacatecas https://orcid.org/0000-0003-4009-7145
  • Remberto Sandoval-Arechiga Universidad Autónoma de Zacatecas, Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica, Zacatecas, Zacatecas, 98000, México https://orcid.org/0000-0002-2129-5667
  • Maria Brox Universidad de Córdoba, Departamento de Ingeniería Electrónica y de Computadores, Campus Universitario de Rabanales, Córdoba, Andalucia, 14071 , España
  • Manuel Ortiz-Lopez Universidad de Córdoba, Departamento de Ingeniería Electrónica y de Computadores, Campus Universitario de Rabanales, Córdoba, Andalucia, 14071 , España https://orcid.org/0000-0001-8312-1729

Keywords:

Fairness, arbitration, bus, aerospace, embedded systems

Abstract

Currently, embedded systems are composed of processors, memories, and Intellectual Property Cores (IP Cores) interconnected to develop a set of specific tasks. Therefore, the selection of an appropriate interconnection architecture is critical in terms of system performance and functionality. A Network-on-Chip provides an efficient and scalable interconnection solution when there are a large number of elements in the system. However, the bus-based interconnection system remains the best option to connect a few cores. The bus arbiter uses an allocation policy to select which IP Core obtains access to the bus. The so-called fair policies ensure that all processors in the system have the same opportunity to access the bus. However, they fail to offer a fair share of the bandwidth or transmission rate, especially when there are heterogeneous IP Cores. As a study case, we analyze an embedded aerospace system for earth observation. Different IP Cores preprocess satellite images at distinct execution times -and unbalanced processing ratesaffecting the delivery rate of images to earth. We study the phenomenon of uneven bus transmission rates due to improper bus allocation using policies such as Round Robin, FIFO, and Lottery. Also, we propose a metric to compute the maximum number of IP Cores without bus saturation.

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Author Biographies

Salvador Ibarra, Universidad Autonoma de Zacatecas

Obtuvo el grado de Ingeniería en Sistemas Electrónicos por el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, Monterrey, Nuevo León, México, en el año 1986, Obtuvo el grado de Maestría en Informática y Tecnologías Computacionales por la Universidad Autónoma de Aguascalientes, Aguascalientes, México, en el año 2008. Actualmente es profesor investigador en la Universidad Autónoma de Zacatecas, Zacatecas, México. Sus principales áreas de interes son el desarrollo de sistemas embebidos y núcleos de propiedad intelectual para telecomunicaciones y procesamiento de imágenes.

Remberto Sandoval-Arechiga, Universidad Autónoma de Zacatecas, Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica, Zacatecas, Zacatecas, 98000, México

Obtuvo los grados de Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica por la Universidad Autónoma de Zacatecas (UAZ) en el 2002, Maestría y Doctorado en Ciencias con especialidad en telecomunicaciones en el CINVESTAV del IPN en Zacatenco (2006) y Guadalajara (2016), respectivamente. Actualmente es profesor investigador en el Centro de Investigación y Desarrollo en Telecomunicaciones (CIDTE) de la UAZ. Sus intereses de investigación son las telecomunicaciones, los SoC's y las redes en chip. El Dr. Sandoval-Arechiga es miembro del IEEE en las sociedades ComSoC, Computer y CAS.

Maria Brox, Universidad de Córdoba, Departamento de Ingeniería Electrónica y de Computadores, Campus Universitario de Rabanales, Córdoba, Andalucia, 14071 , España

Obtuvo el grado de Ingeniería en física por la Universidad de Córdoba, Córdoba, España, en el año 2004, el grado de Doctor en microelectrónica lo obtuvo en el año 2013, por la Universidad de Sevilla, Sevilla, España. Del año 2005 al año 2007 obtuvo una beca de posgrado por parte del gobierno de España, realizando una estancia e el Instituto de Microelectrónica de Sevilla (IMSE-CNM-CSIC), Sevilla, España. Actualmente es profesora asistente en el Departamento de Ingeniería en Electrónica y Computadores, en la Universidad de Córdoba, Córdoba, España. Su área de interés es el desarrollo de herramientas CAD para el diseño de controladores difusos embebidos en FPGAs

Manuel Ortiz-Lopez, Universidad de Córdoba, Departamento de Ingeniería Electrónica y de Computadores, Campus Universitario de Rabanales, Córdoba, Andalucia, 14071 , España

Profesor Titular del Departamento de Ingeniería Electrónica y de Computadores de la Universidad de Córdoba. Doctor por la Universidad de Córdoba desde diciembre de 2013, Licenciado en Ciencias Físicas, especialidad en Electrónica, desde julio de1987. Profesor de la Universidad de Córdoba desde 1996, trabajó en el departamento de I+D de Fujitsu España, en el departamento de I+D de Tecosa (grupo Siemens) y en el departamento de Comunicaciones Informáticas de Telefónica de España. Su labor de Investigación está relacionada con el desarrollo de sistemas empotrados y en HW/SW codesing.

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Published

2021-03-13

How to Cite

Ibarra, S., Sandoval-Arechiga, R., Brox, M., & Ortiz-Lopez, M. (2021). Throughput Unfairness in Fair Arbitration Interconnection-Buses for Aerospace Embedded Systems. IEEE Latin America Transactions, 18(9), 1606–1613. Retrieved from https://latamt.ieeer9.org/index.php/transactions/article/view/2941