[發明專利]一種異構多核處理器的核間通信調度系統及方法

無效

• 申請號: 200810070288.4
• 申請日: 2008-09-11
• 公開（公告）號: CN101354693A
• 公開（公告）日: 2009-01-28
• 發明（設計）人: 蔣建春;岑明;曾素華;馮輝宗;邱寶梅;舒敏
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G06F15/163
• 分類號: G06F15/163;G06F9/48;G06F9/54
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉小紅

技術領域

本發明涉及計算機領域，具體涉及異構多核處理器核間的通信及調度控制技術。

背景技術

當前多核處理器主要有兩種結構，一種是對稱同構多核處理器，這種處理器中各個核具有相同的處理器結構，共享內存和外設，主要用于通用計算機領域。一種是異構多核處理器，他們具有不同結構的處理器內核，有各自的內存空間和外設，每個處理器核具有自己的系統時鐘頻率，通過處理器通信接口和部分共享內存等進行通信，這種處理器主要用于嵌入式設備領域。根據處理器的結構，在多核處理器上的調度控制系統大體分成2類：一是以對稱處理技術SMP(Symmetric?Multiprocessing)為主的系統。SMP要求各個處理器結構必須要求一致，所有核上運行單一的調度系統映像，共享SMP內核的數據和代碼，通常用于對稱多核處理器。二是基于非對稱處理AMP(Asymmetric?Multiprocessing)技術的主從式系統。在不同結構的處理器中運行具有不同功能不同構架的系統內核，主要應用于非對稱異構多核處理器。應用這種調度控制方法的主要為嵌入式操作系統。

由于異構多核處理器各個核在處理器結構、頻率、共享內存的編址等不同，每個處理器可以在公共全局內存中有自己的分區，加上共享內存空間一般比較小，不足以運行較為完善的操作系統。因此，SMP不適合非對稱異構多核處理器。

如發明專利申請200510087321在共享內存區中分配內存作為多核共享消息池；源核將要發送的消息寫入多核共享消息池；源核將所述消息在多核共享消息池中的地址、目的任務標識通過數據管道發送給目的核；目的核將多核共享消息池中所述地址存放的消息傳送給目的任務。這種方法在對稱多核處理器中是可行的，但在異構多核處理器中，在共享消息池中的消息在不同的核中編址是不一樣的，任務的標識也可能存在相同，不能通過這種方法將消息和數據準確地從一個核傳送到另一個核中。因此，這種方法在異構多核處理中并不適用。

針對這種情況，基于AMP技術的主從結構的多核調度方法被提出，在異構多核處理器中的不同核中采用不同結構和功能的調度內核，不同的操作系統內核的功能和調度方式可能不一樣，這種主從式調度系統采用非對稱處理技術來設計構架，它們的主要特點是根據處理器的功能特點采用AMP技術將調度系統也分成主從式結構，主調度系統和從調度系統存在差異。調廢系統間通信主要利用處理器間的通信接口，在不同核中的調度系統內核的調度方式是不一樣的，一個內核作為主調度器，負責整個多核處理器管理和調度，其余的內核作為從調度器，負責本處理器核的調度與管理，同時接收主調度器的管理。

如發明專利申請200710198568就是針對異構多核處理器提出的一種調度方法。該專利申請通過采用主從式管理結構，使得運行于主核上的操作系統有對異構多核系統中所有資源的主導管理能力，監控異構多核系統的整體運行，并在必要的時候向對方發出行為調整命令，要求對方調整其行為，從核上的操作系統實時接受主操作系統傳遞過來的行為調整命令并進行調整，從而使多核異構系統中的主核操作系統與從核操作系統之間可以互相溝通與約束，解決了主核操作系統與從核操作系統之間無法協調與調度的問題。

由于在許多應用中采用的異構多核處理器，每個處理器核有自己的系統時鐘、私有內存、私有外設等，同時還有部分共享內存，共享內存在不同核中的編址也各不相同。能夠獨立完成一些功能。根據任務的性質將不同任務分配到不同的核上運行，如用于控制的任務放在一個核中，用于人機交互的任務放在一個核中，用于通信與信息處理的任務放在一個核中，因此這些任務的功能相對獨立，可以在不同的處理器核中同時運行，各個處理器核間的任務只需要進行少量數據的交互。如果采用主從式調度系統，主從調度系統之間構架和實現都是非對稱，在不同的核中運行不同結構的調度器，不僅增加了調度系統的實現難度，同時也為調度器的使用和移植增加復雜性。

在許多場合，異構多核處理器核間不僅傳遞簡單消息，還存在量較大的數據傳輸。對于這種多核處理器，處理器之間的通信除了可以通過通信接口進行少量數據通信以外，還可以利用共享內存實現大量數據的交換。主從式調度系統由于在調度控制方法上存在異構性，主要通過核間通信接口來傳遞消息與數據。由于核間通信有小于通信接口單次傳輸的數據，也有大于單次傳輸的數據。如果采用通信接口來傳送大于單次傳送的數據，需要多次傳輸、讀寫和保存操作，通信速率和數據量都受到限制，這樣效率就降低了，整個處理器的性能得不到充分發揮。