SDR (Software Defined Radio) is a radio communication technology where components are implemented as software modules instead of hardware components, and SCA (Software Communications Architecture) is an open standard for SDR. Because of its high flexibility and low development and management cost, SDR compliant systems with SCA accelerate the innovation of wireless industry. SDR base station systems are already deployed in the market, and high performance embedded systems with multi-core processors can handle an SCA waveform, an SDR application, without additional specialized hardware.
However, if SCA compliant system is built without any consideration of multi core, waveforms designed for single core platforms cannot fully utilize the resources in multi core platforms. To increase utilization of the resource in the platform the operating time of waveform components should be balanced and executed in pipelined manner. When there is a bottleneck component which has much longer operating time than other components, others must wait for the component and consequently cores become idle.
This paper addresses performance improvement of SCA waveform on multi-core platforms by effectively parallelizing bottleneck components within waveforms. In order to parallelize waveforms without any modification, we offer ‘Data Arbitrator’ components to arbitrate data communications between parallelized components and other components. This parallelization is performed by ‘Throughput Manager’in SCA CoreFramework. It finds bottleneck components within waveforms and reconfigures it with Data Arbitrator to improve throughput on the multi-core platform. The evaluation result shows that the proposed method improves the performance of waveforms up to speed up of 3 compared to original waveforms on quad-core machine.
SDR(Software Defined Radio)은 기존의 하드웨어로 구현되던 라디오 모듈을 소프트웨어 적으로 구현하는 라디오 기술이며, SCA(Software Communications Architecture)는 SDR을 위한 공개 표준이다. SDR은 개발과 유지 비용이 낮고 동작상의 유연성이 높기 때문에, SCA 표준을 이용하여 개발된 SDR 기반 시스템은 무선 통신 산업의 발전을 가속화하고 있다. SDR 기반 기지국의 경우에는 이미 상업화 되었으며, 내장형 시스템에서도 멀티 코어 프로세서를 사용함으로써 특화된 하드웨어를 부가적으로 사용하지 않고도 SDR 어플리케이션인 SCA 웨이브폼을 처리할 수 있게 되었다.
그러나, SCA 규격 시스템을 멀티 코어에 대한 고려 없이 구현하면, 싱글 코어를 위해 개발된 웨이브폼으로는 멀티 코어 플랫폼의 리소스를 충분히 활용할 수는 없다. 멀티 코어의 리소스 사용량을 증가시키기 위해서는 각 웨이브폼 컴포넌트의 작업 시간이 균형적이어서 여러 코어에서 파이프라인 형식으로 실행되어야 한다. 따라서, 하나의 웨이브폼을 구성하는 컴포넌트들 중에 다른 컴포넌트들에 비해 실행 시간이 비교적 오래 걸리는 병목 컴포넌트가 존재하면, 다른 모든 컴포넌트들은 병목 컴포넌트의 실행이 끝날 때까지 다음 작업을 수행하지 못하고 기다려야 하기 때문에, 프로세서의 휴지기가 증가하는 문제가 발생한다.
본 논문은 한 웨이브폼에서 병목이 되는 컴포넌트를 효율적으로 병렬화하여 멀티코어 플랫폼에서 SCA 규격 웨이브폼의 성능을 향상시키는 방법을 제시한다. 기존의 웨이브폼 컴포넌트를 전혀 수정하지 않고 웨이브폼을 병렬화 하기 위해서, 병렬화된 컴포넌트들과 기존의 컴포넌트들 간의 데이터를 중재하는 ‘Data Arbitrator’를 제안한다. 그리고, 이러한 병렬화를 수행하기 위하여 SCA 코어프레임워크 안에 ‘Throughput Manager’를 두었다. Throughput Manager는 한 웨이브폼 안에서 병목이 되는 컴포넌트를 찾아서 그 컴포넌트의 프로세스를 여러 개 사용하도록 Data Arbitrator와 함께 웨이브폼을 재구성한다. 실험 결과, 본 방법을 사용하여 기존의 싱글 코어를 위해 개발된 웨이브폼 컴포넌트를 전혀 수정하지 않고도 쿼드 코어에서 최대 3배의 성능 향상을 얻을 수 있음을 확인하였다.
