[發(fā)明專利]一種嵌入式多處理單元并行處理系統(tǒng)及其運(yùn)行方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110229856.2
• 申請(qǐng)日: 2011-08-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102929214A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龍飛;介鳴;潘莉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西門子公司
• 主分類號(hào): G05B19/418
• 分類號(hào): G05B19/418
• 代理公司: 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 李慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及自動(dòng)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種嵌入式多處理單元并行處理系統(tǒng)及其運(yùn)行方法。

背景技術(shù)

自動(dòng)控制系統(tǒng)一般用于處理一定范圍內(nèi)的自動(dòng)化任務(wù)。當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的處理任務(wù)超出該系統(tǒng)的容量和處理能力時(shí)，就需要對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行更新，即對(duì)系統(tǒng)的容量、處理能力和性能進(jìn)行升級(jí)，以達(dá)到能夠滿足系統(tǒng)需求的程度。傳統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)的更新方式是采用容量更大、處理能力更強(qiáng)的更高等級(jí)的系統(tǒng)來(lái)替換原有的系統(tǒng)，從而滿足系統(tǒng)更新的要求。而這種替換式的更新會(huì)帶來(lái)成本高、操作繁瑣的問(wèn)題。

圖1為多處理器并行控制系統(tǒng)(Multi-Processor?Parallel?Controlling?System，MPPCS)的結(jié)構(gòu)示意圖，MPPCS可將多個(gè)程序指令和數(shù)據(jù)在多個(gè)處理器上同時(shí)執(zhí)行以獲得更快的運(yùn)算結(jié)果。圖1所示的多處理器并行控制系統(tǒng)包括處理單元(簡(jiǎn)稱PU，Process?Unit或稱為單元控制器)1到處理單元N的N個(gè)處理單元，一個(gè)編譯器(例如HMI或PG/Compiler)，以及連接N個(gè)處理單元及編譯器的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。N個(gè)處理單元用于對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)要執(zhí)行的程序進(jìn)行并行執(zhí)行，也就是說(shuō)每個(gè)處理單元執(zhí)行自動(dòng)控制系統(tǒng)要執(zhí)行的程序的一部分。編譯器通過(guò)互連網(wǎng)絡(luò)與N個(gè)處理單元相連，用于將串行的、用工程語(yǔ)言描述的自動(dòng)控制程序轉(zhuǎn)換為并行的且同時(shí)在多個(gè)處理單元上執(zhí)行的代碼，從而保證處理單元能夠執(zhí)行并行任務(wù)。N個(gè)處理單元通過(guò)互連網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，從而使得一個(gè)處理單元上的信息通過(guò)互連網(wǎng)絡(luò)能夠傳遞到另外一個(gè)處理單元。與傳統(tǒng)的替換式的升級(jí)方式相比，由于多處理器并行控制系統(tǒng)只需在原有的系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加新的模塊或者設(shè)備，一方面能夠更快、更容易地進(jìn)行升級(jí)，另一方面也減少了開(kāi)支，降低了系統(tǒng)升級(jí)所需的成本。

但是，由于不同的嵌入式硬件平臺(tái)(如ARM、MIPS)具有的指令集并不相同，難以針對(duì)不同的嵌入式硬件平臺(tái)設(shè)置統(tǒng)一的軟件運(yùn)行平臺(tái)，雖然Java虛擬機(jī)可以為不同的硬件平臺(tái)提供統(tǒng)一的軟件運(yùn)行平臺(tái)，但是由于Java虛擬機(jī)過(guò)于龐大且執(zhí)行效率較低，并不適用于嵌入式硬件平臺(tái)，因此，目前并不存在應(yīng)用于嵌入式硬件平臺(tái)的MPPCS。

發(fā)明內(nèi)容

為改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種嵌入式多處理單元并行處理系統(tǒng)，用以在嵌入式硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)多處理單元的并行處理。

本發(fā)明提出的嵌入式多處理單元并行處理系統(tǒng)，包括：

編譯單元，用于根據(jù)自動(dòng)控制程序生成多個(gè)自動(dòng)控制子程序，并將每個(gè)所述自動(dòng)控制子程序編譯為中間代碼；

運(yùn)行支持單元，用于從所述編譯單元獲取各個(gè)所述自動(dòng)控制子程序的所述中間代碼，并將每個(gè)所述自動(dòng)控制子程序的所述中間代碼轉(zhuǎn)換為運(yùn)行于嵌入式操作系統(tǒng)中的任務(wù)，以及用于識(shí)別每個(gè)處理單元的身份，將每個(gè)所述任務(wù)發(fā)送至相應(yīng)的處理單元；

至少兩個(gè)處理單元，用于接收所述運(yùn)行支持單元發(fā)送的根據(jù)所述自動(dòng)控制子程序的所述中間代碼轉(zhuǎn)換得到的所述任務(wù)并運(yùn)行，以及在運(yùn)行所述自動(dòng)控制子程序?qū)?yīng)的所述任務(wù)時(shí)，各所述處理單元之間可進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的上述系統(tǒng)，通過(guò)編譯單元根據(jù)自動(dòng)控制程序生成多個(gè)自動(dòng)控制子程序，再將每個(gè)自動(dòng)控制子程序轉(zhuǎn)換為中間代碼后，由運(yùn)行支持單元將中間代碼轉(zhuǎn)換為運(yùn)行于嵌入式操作系統(tǒng)中的任務(wù)，并發(fā)送至相應(yīng)的處理單元，各個(gè)處理單元之間在運(yùn)行各自的任務(wù)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，從而能夠在嵌入式硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)多處理單元并行處理系統(tǒng)，提高了處理效率，在需要增加新的功能時(shí)，僅需增加相應(yīng)的處理單元即可實(shí)現(xiàn)。

其中，所述運(yùn)行支持單元進(jìn)一步用于控制所述至少兩個(gè)處理單元同步執(zhí)行各自動(dòng)控制子程序的中間代碼轉(zhuǎn)換得到的各任務(wù)。

其中，所述編譯單元處理的自動(dòng)控制程序至少為結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言程序、梯形圖語(yǔ)言程序、功能塊圖表語(yǔ)言程序中的任意一種。

其中，所述運(yùn)行支持單元用于至少兩個(gè)處理單元在運(yùn)行自動(dòng)控制子程序?qū)?yīng)的任務(wù)時(shí)，基于運(yùn)行支持單元采用的通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；

所述運(yùn)行支持單元采用的通信協(xié)議至少包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)議或數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議中的任意一種。

其中，所述編譯單元包括并行化子單元和編譯子單元，其中，

并行化子單元，用于對(duì)自動(dòng)控制程序進(jìn)行分片，并在語(yǔ)義分析的基礎(chǔ)上生成符號(hào)表、語(yǔ)法樹(shù)及控制流圖，并確定各自動(dòng)控制程序分片之間的依賴關(guān)系后，生成多個(gè)自動(dòng)控制子程序；

編譯子單元，用于將各自動(dòng)控制子程序編譯為中間代碼。

其中，所述編譯單元進(jìn)一步包括預(yù)處理子單元，用于將自動(dòng)控制程序輸出至awl格式的文件中。

本發(fā)明提出的嵌入式多處理單元并行控制系統(tǒng)的運(yùn)行方法，包括：