[發明專利]單芯片多處理器任務調度管理方法

有效

• 申請號: 200810200288.1
• 申請日: 2008-09-24
• 公開（公告）號: CN101387952A
• 公開（公告）日: 2009-03-18
• 發明（設計）人: 胡越黎;冉峰;王堯明;孫斌;閆科;張一馳
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G06F9/38
• 分類號: G06F9/38;G06F9/50
• 代理公司: 上海上大專利事務所（普通合伙）
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及一種單芯片多處理器任務管理調度方法。可應用于多指令多數據(MIMD) 架構的單芯片多處理器系統，子處理器既可以是同構處理器也可以是異構處理器，亦可應用 于其它單芯片多處理器領域。

背景技術

單芯片多處理器任務調度是指調度和管理運行在用戶程序中的并行任務，使得任務能夠 在各個子處理器中并發地執行，從而達到程序的并行處理，提高了處理器的處理速度和處理 效率。

在過去的幾十年里，隨著微電子技術的不斷進步，微處理器有了迅速的發展，微處理器 的工作頻率已從MHz級上升到GHz級。同時，處理器能夠在同一周期里執行多條指令，可 以設計和開發指令并行處理，這些極大地提高了計算機的性能。如：指令流水處理和超標量 執行，超長指令處理器等。但是，隨著指令并行度的增加和指令復雜度的提高，處理器的硬 件設計和編譯器設計將變得越來越復雜，而程序的并行處理反而得不到很大的提高，并且， 這些性能的提高很大程度還和處理器工作的時鐘頻率有關。同時，一味地提高時鐘頻率，會 導致芯片功耗的增加，僅僅在時鐘上消耗的功率就占了整個芯片的50％以上。為此，以單芯 片多處理器架構為基礎的任務并行處理方法可以很好地解決單純開發指令的并行性和提高工 作的時鐘頻率所帶來的一系列難題，多核處理器要發揮多核的性能需要提高程序的并行度， 單線程程序無法發揮多核處理器的優勢。單芯片多處理器可以將具有內在執行并行性的復雜 任務分解為一系列緊密聯系的子任務，并行實現要完成的任務。多核架構的SOC (Multi-Processor?System?on?Chip，MP?SOC)可以完成將復雜任務分解到多個核中去執行的任 務。由于不同內核可以執行不同的任務，多核架構在一個周期內可以執行多個指令。這種并 行處理使得整個系統的性能與使用單個處理器串行處理相同任務相比，有了很大的改進。另 外，多核架構的設計可以復用原有的成熟單核處理器作為處理器核心，從而可以縮短設計和 驗證周期，節省開發成本，符合SOC設計的基本思路，多核架構是未來SOC發展的一個趨 勢。單芯片多處理器以數量的優勢獲得性能的提高，且設計簡單，可以大大提高處理器的速 度，是未來處理器發展的一個重要方向。

發明內容

本發明的目的在于提供一種應用于單芯片多處理器中的任務調度方法，它基于多指令多 數據流(MIMD)單芯片多處理器架構，能夠自動地分析系統的工作狀態并做出合理的任務分配 和調度，把系統中的各種并行任務分配到子處理器中，使得各個子處理器發揮最大的工作效 率，實現程序最大化并行處理。

為達到上述目的，本發明的構思如下：

單芯片多處理器的優勢主要是任務的并行處理，借用并行處理的優勢而提高處理器整體 的性能，所以，設計單芯片多處理器主要完成任務的合理并行處理。任務的合理調度和管理 是任務并行處理的關鍵。單芯片多處理器任務調度可以理解為運行在單芯片多處理器上的操 作系統，不過，它是由硬件來實現的，不同于一般的軟件操作系統。它可以完成任務調度， 任務通信，存儲管理等一般軟件操作所做的工作。用戶程序對任務調度系統來說是一個主進 程，主進程里面調用了大量的子進程或子任務，這種硬件操作系統就是根據目前子處理器的 工作情況和內存的使用情況，自動地分配任務給各個子處理器，實現任務的并行處理。任務 管理系統可以進行任務預取，任務預取也就是預先取得任務號，取得的任務號放入任務池中， 任務池的大小和子處理器的數量成正比，可以由用戶自定義。任務調度管理系統根據各個子 處理器的工作情況，自動地從任務池中把任務分配給各個空閑的子處理器。子處理器的工作 情況用子處理器工作狀態寄存器SUB_PROCESSOR_STATE_REG來指示，其中的特定位表示 該子處理器的工作狀態為空閑或者忙。任務池的狀態用任務池狀態寄存器TASK_REG來指 示，用來表示任務池的狀態。任務調度管理模塊根據這兩個寄存器的狀態來判斷任務的分配 與否，通過DMA模塊把特定任務的可執行代碼直接加載到子處理器的本地ROM中，并喚醒 子處理器，使得子處理器立刻處理分配的任務。

根據上述構思，本發明采用下述技術方案：

一種單芯片多處理器任務調度管理方法，其特征在于多指令多數據流(MIMD)單芯片多處理器 體系，對系統中的并行任務進行任務調度，任務分配，任務管理以及對子處理器的管理，實 現單芯片多處理器快速的任務并行處理。

上述單芯片多處理器任務調度管理方法的具體步驟為：