[發(fā)明專利]一種基于TBB線程構(gòu)建塊的連續(xù)系統(tǒng)仿真多核并行方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910092407.0
• 申請日: 2009-09-10
• 公開（公告）號: CN101639788A
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李妮;唐力勇
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06F9/46
• 分類號: G06F9/46;G06F17/50
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務(wù)所
• 代理人: 周長琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于TBB線程構(gòu)建塊(Thread?Building?Blocking)的連續(xù)系統(tǒng)仿真 多核并行方法，屬于計算機(jī)仿真與算法優(yōu)化領(lǐng)域。

背景技術(shù)

連續(xù)系統(tǒng)仿真廣泛應(yīng)用于航空、航天、氣象和電子等領(lǐng)域。隨著這些學(xué)科技術(shù)的發(fā)展， 由此建立的仿真模型也日益復(fù)雜，仿真計算量不斷加大。

連續(xù)系統(tǒng)仿真通常使用微分方程組來建立數(shù)學(xué)模型，微分方程組有成熟的數(shù)值解法，如 龍格-庫塔法，亞當(dāng)姆斯法等。但傳統(tǒng)的串行方法在解決大規(guī)模問題時計算時間過長，難以滿 足仿真的實時性要求，有的復(fù)雜問題使用串行算法甚至無法求解。

提高連續(xù)系統(tǒng)仿真速度的一種有效方法是采用并行技術(shù)，人們在連續(xù)系統(tǒng)微分方程組的 并行化上做了大量工作，在串行算法的基礎(chǔ)上提出了各種各樣的并行算法。在早期的研究工 作中，Nievergelt提出設(shè)置多個初始值進(jìn)行并行計算，然后對計算結(jié)果進(jìn)行修正的并行算法， Shampine和Watts提出了隱式板塊方法和預(yù)估-校正執(zhí)行方式，Miranker和Liniger也做了 預(yù)估-校正法的并行研究工作，此外還給出了龍格-庫塔法二階、三階的計算格式，并推導(dǎo)出 了MIMD型龍格-庫塔法計算公式，具體做法是采用逼近法來計算導(dǎo)數(shù)值以打斷差值之間的相 關(guān)鏈，并適當(dāng)選擇參數(shù)構(gòu)造出穩(wěn)定的并行計算格式。但是傳統(tǒng)的并行算法實現(xiàn)方式繁雜，線 程管理、數(shù)據(jù)交換等過程需要程序員管理，這使得并行程序的編寫需要耗費大量的時間和精 力，這就阻礙了并行技術(shù)在仿真計算中的應(yīng)用。

隨著計算機(jī)技術(shù)向著多處理器及多核架構(gòu)發(fā)展，單機(jī)上的并行數(shù)據(jù)處理成為可能。TBB 是最新推出的多核處理器并行計算平臺，基于任務(wù)的算法、容器和同步基元可簡化并行應(yīng)用 程序的開發(fā)工作，它提供完善的提取模板、容器和類別支持并行處理器，可以和MPI、Open MP等結(jié)合使用，是一種簡單高效的并行方法。但是，TBB和連續(xù)系統(tǒng)仿真結(jié)合的相關(guān)研究 工作還處于初始階段。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提出一種基于TBB線程構(gòu)建塊的連續(xù)系統(tǒng)仿真多核 并行方法，提高連續(xù)系統(tǒng)仿真計算的速度，以縮短仿真研究的周期，滿足仿真的實時性要求。

連續(xù)系統(tǒng)仿真一般采用微分方程組建立模型，仿真計算的時間主要花費在微分方程組的 求解上。本發(fā)明采用基于TBB的預(yù)估-校正并行算法，在該算法中，預(yù)估計算和校正計算是 每一步積分計算中的主要內(nèi)容，他們占據(jù)了仿真計算時間中的絕大部分。通過使用TBB并行 技術(shù)，將預(yù)估計算和校正計算作為兩個并行的子任務(wù)，為它們各分配一個線程，兩個子任務(wù) 在各自的線程上并行執(zhí)行。

TBB采用基于任務(wù)概念的封裝，這使得并行方法的實現(xiàn)更為簡易。通過相關(guān)的模版類， 將并行計算的部分分配到各個單獨的線程，預(yù)估計算和校正計算兩個子任務(wù)分別在兩個單獨 的線程中執(zhí)行，這樣可以充分利用多個處理器內(nèi)核的資源，達(dá)到加快計算速度的目的。

一種基于TBB線程構(gòu)建塊的連續(xù)系統(tǒng)仿真多核并行方法，主要包括以下步驟：

步驟一：搭建TBB并行計算平臺；

步驟二：構(gòu)造并行ParaODES模版類；

步驟三：模型初始化；

步驟四：TBB任務(wù)調(diào)度初始化；

步驟五：仿真時間范圍判斷；

步驟六：調(diào)用并行模版類ParaODES；

步驟七：仿真結(jié)果傳遞；

步驟八：結(jié)束TBB任務(wù)調(diào)度。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明利用TBB實現(xiàn)連續(xù)系統(tǒng)仿真的并行化處理，提高了仿真運算的速度，從而 滿足仿真的實時性要求，縮短了仿真研究周期；

(2)本發(fā)明利用TBB進(jìn)行并行化處理，過程簡單靈活，易于操作，具有很好的擴(kuò)展性；

(3)TBB采用多核架構(gòu)，符合當(dāng)今并行技術(shù)向多核平臺發(fā)展的方向。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的方法流程圖；

圖2是本發(fā)明在兩個處理內(nèi)核P₁、P₂上并行執(zhí)行示意圖；

圖3是傳統(tǒng)的串行方法和本發(fā)明所述的基于TBB的并行方法的運行時間曲線比較圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。