嵌入式系統測試實驗室---軟體、軔體與硬體之評比、剖析與最佳化---總計畫 (I)

Abstract

嵌入式系統由於在價格以及體積等具有競爭力的條件下，逐步成為許多廠商致力於開發各種建構在嵌入式系統平台上的網路通訊裝置，但是在眾多的裝置上卻沒有可用來評比各項嵌入式系統網路裝置的好方法，因此本計畫的目的便是希望建構一個量測評比嵌入系統網路通訊裝置的平台，除了能依據效能協助選擇適當的嵌入式網路通訊裝置，亦能協助開發者於開發時測試該裝置的效能以及改進的方向，藉此達到在效能以及規格上取得平衡，發揮嵌入式系統的優勢以及最大的效能。 「網路系統核心」與「自由軟體」是目前網路通訊產業的兩大底層基礎，也是交大網路測試中心(NBL，由總計劃主持人 – 林盈達教授成立)成立八年來所深耕的兩大重點。從超過100家廠商、公開測試活動23總計測過的產品超過600個測試服務的經驗中了解到廠商對測試工具的需求。因此過去兩年NBL也開始和交大研究團隊共同合作，在國科會嵌入式網路通訊裝置評比技術與工具之研發的計畫中擬定一系列測試工具及方法，並將其整合成EBL(Embedded Benchmarking Lab) Test Suite v1.0來對嵌入式裝置進行評比。然而單從最上層的應用程式進行測試，或是底層大量除錯資訊尋找問題，很難從龐大測試結果及除錯資訊發現效能瓶頸範圍是座落在應用程式內部、Java Run Time環境、下層Driver沒有最佳化或底層硬體設計不良導致系統效能不佳。為此，整個計畫承接過去國科會專案成功經驗及研發技術，組成『嵌入式系統benchmarking』團隊來為嵌入式產業打造『嵌入式系統測試中心』(Embedded Benchmarking Lab, EBL)，目標提供各種測試工具及方法徹底貫穿各層次的測試與分析。總計畫的目標提供一測試共通平台，負責開發嵌入式裝置自動化控制技術，產生嵌入式系統各種應用程式Workload，提供給各子計畫進行相關技術分析。子計畫一及子計畫二主要提供效能及耗能剖析工具，以top-down的方式檢視所有軟體及系統效能及耗能。子計畫四及子計畫五也會從硬體面向以bottom-up的觀點來檢視硬體元件的執行、檔案系統讀寫效能。而軟、硬體的效能往往也會和系統核心與驅動程式設計有關，因此子計畫三也會同步開發系統核心效能調校服務，整合其他子計畫對軟、硬體效能、耗能剖析資訊做為最佳化參數，對嵌入式系統提供CPU排程、快取記憶體配置、電源管理、I/O排程以及快取緩衝演算法等服務，進而提升嵌入式系統效能。最後總計畫除了協助各計畫建置嵌入式系測試環境，也會加入雲端計算(Cloud Computing)實驗環境。透過網路強大的傳輸能力，雲端計算的整合也為嵌入式裝置注入一種新的運算模式，為此總計畫提出一套計算量卸載參照設計，並結合子計畫一及子計畫二的研究成果，以嵌入式裝置耗能及效能的觀點來對嵌入式裝置的計算量卸載效能進行評估。整個計畫的分工架構是以嵌入式系統的概念將其分成不同層級進行規劃，並為各階層提供不同的Benchmarking、Profiling及Optimization方案來服務嵌入式產業的廠商。對於測試方案的推廣，在國際方面EBL會和嵌入式自由軟體聯盟(Open Embedded Software Foundation, OESF)的會員工業技術研究院(ITRI)共同合作，針對Android裝置制定測試方法及開發測試套件。另外在國內推廣方面，EBL也和台灣嵌入式產業聯盟(Taiwan Embedded Industry Alliance , TEIA)合作，建立Testing SIG，負責收集業界的各種測試需求，讓EBL可以提供更多符合業界的測試方案來協助嵌入式產業提升競爭力。結合NBL的成功經驗，EBL也會以三種模式進行推廣，包含委託測試服務、公開測試活動以及年度road show。預計第一年結束時，完成測試工具規格訂定、架構設計以及實驗結果；第二年結束時完成測試工具第一個版本開發並交由NBL應用，同時也將開放原始碼供下載；第三年結束時將測試工具產品化、客製化，協助廠商將工具移轉到其內部使用。