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Synthèse de haut-niveau de contrôleurs ultra-faible consommation ...

Synthèse de haut-niveau de contrôleurs ultra-faible consommation ...

tel-00553143, version 1

tel-00553143, version 1 - 6 Jan 2011 iv Contents 4.2.2.1 Customized BURG-generator . . . . . . . . . . . . . . . 89 P , the pattern: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 S, the replacement symbol: . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 C and A, the cost and the action: . . . . . . . . . . . . . . 90 4.2.3 Bitwidth adaptation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 4.2.4 Register allocation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 4.2.5 Hardware generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 4.2.5.1 Datapath generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 4.2.5.2 FSM generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 4.2.5.3 Code generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 4.2.6 Comparison to traditional design-flows of ASIP and HLS . . . . 98 4.3 An illustrative example of micro-task synthesis . . . . . . . . . . . . . . 100 4.3.1 Resultant dynamic power and energy savings . . . . . . . . . . . 101 5 Proposed system model and design-flow for SM synthesis 105 5.1 Basic execution paradigms in a WSN node . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 5.1.1 Sequential approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 5.1.2 Process-based approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 5.1.3 Event-driven approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 5.2 System-level execution model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 5.3 WSN-specific OS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 5.3.1 TinyOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 5.3.2 Contiki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 5.3.3 MANTIS OS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 5.3.4 LIMOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 5.3.5 SenOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 5.4 Features of our proposed execution model . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 5.4.1 Events and commands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 5.4.2 Concurrency management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 5.4.3 Task hierarchy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 5.4.4 Memory management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 5.5 System monitor (SM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 5.6 Design-flow for the SM generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 5.6.1 System specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 5.6.2 Model transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 5.6.3 Extraction of guard expression for micro-task activation . . . . . 120 5.6.4 Hardware generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 5.6.5 C-simulator generation for early system validation . . . . . . . . 121 5.7 Experimental results of the SM generation design-flow . . . . . . . . . . 121 6 Experimental setup and results 123 6.1 Power-gating and resultant switching delays . . . . . . . . . . . . . . . . 123 6.2 An illustrative WSN application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 6.2.1 Existing WSN applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

tel-00553143, version 1 - 6 Jan 2011 Contents v 6.2.2 WSN application benchmarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 6.2.3 The case study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 6.2.3.1 Tasks running in transmit mode . . . . . . . . . . . . . 128 6.2.3.2 Tasks running in receive mode . . . . . . . . . . . . . . 129 6.3 Dynamic power gains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 6.3.1 Extraction of cycle count . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 6.3.2 Approximate energy efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 6.4 Design space exploration for datapath bitwidth . . . . . . . . . . . . . . 134 6.4.1 8-bit vs. 16-bit micro-task . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 6.5 Power estimation of hardware system monitor . . . . . . . . . . . . . . . 135 6.5.1 Dynamic power consumption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 6.5.2 Static power and area overhead . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 6.6 Effects of low duty-cycle and overall energy gain . . . . . . . . . . . . . 138 7 Conclusion and future perspectives 141 7.1 Work in progress . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 7.2 Future perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 Personal publications 147 List of acronyms and abbreviations 149 Bibliography 153 List of Figures 165 List of Tables 169

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