[發(fā)明專利]嵌入式異構(gòu)多核處理器上基于用戶描述的程序設(shè)計(jì)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210151037.5
• 申請(qǐng)日: 2012-05-16
• 公開（公告）號(hào): CN102707952A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 翟文正;胡越黎;周俊;王龍杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F9/44
• 分類號(hào): G06F9/44
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體涉及異構(gòu)多核處理器并行化編程領(lǐng)域，特別是一種嵌入式異構(gòu)多核處理器上基于用戶描述的程序設(shè)計(jì)方法。?

背景技術(shù)

集成電路工藝的不斷進(jìn)步以及處理器體系的發(fā)展，使不同結(jié)構(gòu)、功能、地位、功耗及運(yùn)算性能的多個(gè)核心集成于一個(gè)芯片形成異構(gòu)多處理器片上系統(tǒng)（Heterogeneous?Multi-processor?System-on-chips，HMPSoCs），通過(guò)其上應(yīng)用程序的并行執(zhí)行獲得較高的執(zhí)行效率，滿足了消費(fèi)類電子產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò)多媒體等領(lǐng)域在高性能、實(shí)時(shí)性、成本及功耗的需求，成為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主流體系結(jié)構(gòu)。

嵌入式異構(gòu)多核處理器針對(duì)特定領(lǐng)域問(wèn)題而設(shè)計(jì)，通常采用主從式結(jié)構(gòu)，主核設(shè)計(jì)為通用處理器，用以運(yùn)行操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)系統(tǒng)資源管理和工作負(fù)載的控制流程；多個(gè)從核設(shè)計(jì)為專用處理器，在主核控制下執(zhí)行某類特殊的運(yùn)算。通過(guò)任務(wù)分工和劃分把不同的任務(wù)分配給各核心來(lái)處理自己擅長(zhǎng)的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了資源的最佳化配置。

典型的嵌入式異構(gòu)多核處理器如：Sony，Toshiba和IBM研發(fā)的Cell?BE以高效率、低功耗處理下一代寬帶多媒體與圖形應(yīng)用；TI發(fā)布的OMAP廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)和掌上電腦等嵌入式產(chǎn)品，還有STMicroelectronics的Nomadik，以及ATMEL的DIOPSIS芯片等。

異構(gòu)多核技術(shù)的出現(xiàn)為片上系統(tǒng)在多核時(shí)代的發(fā)展和摩爾定律的突破帶來(lái)新的方向，但其滯后于硬件發(fā)展的軟件支撐技術(shù)對(duì)應(yīng)用開發(fā)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出挑戰(zhàn)，如何簡(jiǎn)易、高效地為HMPSoCs開發(fā)并行程序是首要解決的問(wèn)題。

目前并行開發(fā)的三種途徑：（1）程序員顯式使用并行編程技術(shù)開發(fā)應(yīng)用程序，因受限于現(xiàn)有語(yǔ)言、平臺(tái)的局限性和求解問(wèn)題的復(fù)雜性，沒(méi)能得以推廣；（2）隱式并行性開發(fā)。依賴于并行編譯器自動(dòng)或半自動(dòng)將串行程序并行化，并行編譯器開發(fā)困難且并行性效率不高；（3）高性能領(lǐng)域的OpenMP、MPI并行程序庫(kù)。考慮嵌入式HMPSoCs的單邊異構(gòu)結(jié)構(gòu)模式及在存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)性和功耗等方面的嚴(yán)苛要求，而且不同領(lǐng)域多核架構(gòu)的復(fù)雜靈活性，開發(fā)并行程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、并行編譯器、移植并行程序庫(kù)等傳統(tǒng)方法并不適合解決嵌入式HMPSoCs的多核并行編程和編譯。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利200510026587.4提供一種基于元任務(wù)的用戶指導(dǎo)的串行應(yīng)用問(wèn)題半自動(dòng)并行化方法，該方法將基于面向?qū)ο蟠蠮ava代碼經(jīng)用戶引導(dǎo)并行化過(guò)程后，轉(zhuǎn)換成基于消息傳遞（MPI）的并行程序。專利200610117051.8提供一種面向串行程序代碼量大的領(lǐng)域的半自動(dòng)并行化方法，通過(guò)用戶交互界面，實(shí)現(xiàn)串行程序向并行程序源到源轉(zhuǎn)換。但是這些方法都是面向于集群高性能計(jì)算領(lǐng)域的并行應(yīng)用，并未在嵌入式領(lǐng)域適用或提出有效解決之道。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)并行程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，提供一種嵌入式異構(gòu)多核處理器上基于用戶描述的程序設(shè)計(jì)方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思如下：

用戶通過(guò)圖形界面配置向?qū)нM(jìn)行異構(gòu)多核處理器平臺(tái)和任務(wù)的描述，并行模式設(shè)定，基元任務(wù)創(chuàng)建和登記，任務(wù)關(guān)系圖（DAG）生成以及基元任務(wù)在異構(gòu)多核處理器的靜態(tài)分配，實(shí)現(xiàn)將處理器平臺(tái)特性、并行的需求及任務(wù)指派以配置文件的形式（XML）表達(dá)出來(lái)。然后將并行解析配置文件后的基元任務(wù)嵌入異構(gòu)多核框架代碼相應(yīng)任務(wù)標(biāo)簽處，構(gòu)造相應(yīng)的串行源程序，經(jīng)調(diào)用串行編譯工具，最終生成異構(gòu)多核處理器上可執(zhí)行代碼。

根據(jù)上述構(gòu)思，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明具體操作步驟如下：

1．分析并行化

分析領(lǐng)域問(wèn)題中的應(yīng)用需求并抽象出問(wèn)題框架，考察是否適合并行化處理，是否可分解為一系列較小范圍的可同時(shí)計(jì)算的不同功能任務(wù)，進(jìn)而確定任務(wù)間依賴的并行模式。嵌入式異構(gòu)多核的主-從式體系架構(gòu)可支持應(yīng)用上任務(wù)播種、流水、分治等多種并行計(jì)算模式的需求。

2．異構(gòu)多核處理器平臺(tái)描述

描述包括異構(gòu)核的種類、指令集、數(shù)目、運(yùn)行頻率、存儲(chǔ)空間以及各核適應(yīng)的編譯工具鏈等內(nèi)容。

3．并行子任務(wù)描述

描述包括任務(wù)號(hào)、任務(wù)名、任務(wù)保存的路徑、任務(wù)負(fù)載大小、任務(wù)采用的語(yǔ)言、任務(wù)類型、任務(wù)傳遞的參數(shù)、任務(wù)間依賴關(guān)系等內(nèi)容。

4．基元任務(wù)創(chuàng)建

把確定了最佳指派核，負(fù)載相當(dāng)且粒度適中的子任務(wù)定義為基元任務(wù)。基元任務(wù)間數(shù)據(jù)相關(guān)性是數(shù)據(jù)輸入和輸出等，無(wú)相關(guān)性的多個(gè)基元任務(wù)可在不同核上并行執(zhí)行。支持任務(wù)間通信方式提供有信號(hào)燈、消息隊(duì)列、共享存儲(chǔ)區(qū)等手段；基元任務(wù)經(jīng)任務(wù)描述器創(chuàng)建后登記到基元庫(kù)。