Rozšíření emulátoru Raspberry Pi Zero pro analýzu chování vybraných systémů

V rámci našeho výzkumu pracujeme s výpočetními systémy, které by jednou mohly sloužit jako základ pro léčbu diabetu. Pro jejich úspěšné ověření je pochopitelně nutné je testovat algoritmicky, tj. zda vypočtené hodnoty aplikované do praxe člověku neublíží, ale neméně důležitá je i schopnost validovat chování na cílové platformě. Pro nás je momentálně referenční platformou Raspberry Pi Zero, které v sobě obsahuje procesor ARM.

V minulosti byl vyvinut emulátor ZeroMate jako diplomová práce Ing. Jakuba Šilhavého. Vývoj probíhal v C++ a systém je připravený na další rozšíření.

V rámci tohoto tématu by bylo nutné doimplementovat nejdříve takové vlastnosti, které jsou vyžadovány některými prostředími. Mezi ně patří například: podpora double precision aritmetiky, analogově-digitální převodník (resp. jeho emulace), TLB (stránkování), pulzně-šířková modulace (PWM), DMA, SPI, a další (není nutné implementovat vše). Následně by student navrhnul a implementoval formu dohledu nad emulátorem pro sběr vybraných metrik - například počet přístupů do paměti, systémových volání, IRQ, průtok dat a další relevantní měřítka. Poté student navrhne a realizuje jednoduché testovací scénáře v rámci operačního systému KIV-RTOS (vyvíjený zde na katedře), které ověří jím implementované řešení.

Rámcově body zadání:
1. Seznamte se s platformou Raspberry Pi Zero a s emulátorem ZeroMate
2. Analyzujte současný stav podporovaných funkcí emulátoru ZeroMate
3. Navrhněte sadu rozšíření emulátoru s ohledem na rozšiřitelnost a možnost sběru diagnostických dat
4. Implementujte tato rozšíření jako moduly emulátoru ZeroMate
5. Otestujte na sadě charakteristických úloh a zhodnoťte dosažené výsledky


Jedna z alternativ zadání může vypadat i takto:

V této variantě se zaměříme na možnost propojit více emulátorů do jedné sítě, a to nejen v rámci jednoho počítače, ale i v rámci celé počítačové sítě. Vznikne tedy možnost komunikovat mezi jednotlivými emulovanými zařízeními. Pro tohle zadání je nutné do emulátoru implementovat vybranou standardní formu komunikace, např. pomocí protokolu I2C (v současnosti emulátor podporuje jenom master režim), SPI (v současnosti není podporován vůbec), WiFi (není podporováno, ale ani není doporučováno - záleží, co vyplyne z analýzy) a jiné. Důležité je, aby implementace fungovala jak v emulátoru, tak na reálném zařízení, a proto dostanete zapůjčené Raspberry Pi Zero pro ověření implementace.

Rámcově body zadání:
1. Seznamte se s platformou Raspberry Pi Zero a s emulátorem ZeroMate
2. Analyzujte současný stav podporovaných funkcí emulátoru ZeroMate, analyzujte neimplementované přenosové protokoly platformy Raspberry Pi Zero
3. Navrhněte rozšíření emulátoru, které umožní propojit více instancí emulátoru prostřednictvím počítačové sítě
4. Implementujte toto rozšíření jako moduly emulátoru ZeroMate
5. Otestujte na sadě charakteristických úloh, ověřte funkčnost na reálném zařízení a zhodnoťte dosažené výsledky