Emerging real-time applications have driven the transition to multicore embedded systems, where tasks must share resources due to functional demands and limited availability. These resources, whether local or global, are protected within critical sections to prevent race conditions, with locking protocols ensuring both exclusive access and timing requirements. However, transient faults occurring within critical sections can disrupt execution and propagate errors across multiple tasks. Conventional locking protocols fail to address such faults, and integrating traditional fault tolerance techniques often increases blocking. Recent approaches improve fault recovery through parallel replica execution; however, challenges remain due to sequential accessing, coordination overhead, and susceptibility to common-mode faults. In this paper, we propose a Lock-frEe Fault-Tolerant Resource Sharing (LEFT-RS) protocol for multicore real-time systems. LEFT-RS allows tasks to concurrently access and read global resources while entering their critical sections in parallel. Each task can complete its access earlier upon successful execution if other tasks experience faults, thereby improving the efficiency of resource usage. Our design also limits the overhead and enhances fault resilience. We present a comprehensive worst-case response time analysis to ensure timing guarantees. Extensive evaluation results demonstrate that our method significantly outperforms existing approaches, achieving up to an 84.5% improvement in schedulability on average.


翻译:新兴实时应用推动了向多核嵌入式系统的转型,其中任务因功能需求和资源有限性必须共享资源。这些资源,无论是本地还是全局的,都在临界区内受到保护以防止竞态条件,锁定协议则确保独占访问和时序要求。然而,临界区内发生的瞬态故障可能中断执行并将错误传播到多个任务。传统锁定协议无法处理此类故障,而集成传统容错技术通常会增加阻塞。近期方法通过并行副本执行改进了故障恢复;但由于顺序访问、协调开销以及对共模故障的敏感性,挑战依然存在。本文提出了一种面向多核实时系统的无锁容错资源共享协议。LEFT-RS允许任务在并行进入其临界区的同时并发访问和读取全局资源。若其他任务发生故障,每个任务可在成功执行后更早完成其访问,从而提高了资源使用效率。我们的设计还限制了开销并增强了故障恢复能力。我们提出了全面的最坏情况响应时间分析以确保时序保证。大量评估结果表明,我们的方法显著优于现有方法,在可调度性方面平均实现了高达84.5%的提升。

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