[發(fā)明專利]信號處理并行計算軟件的動態(tài)重配置方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210450556.1
• 申請日: 2012-11-12
• 公開（公告）號: CN102929725A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設計）人: 蔡志明;王希敏;幸高翔;姜可宇;周航;游波
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權代理有限公司 42104
• 代理人: 黃行軍;胡紅林

1.一種信號處理并行計算軟件的動態(tài)重配置方法，其特征在于，包括以下步驟：?

（1）以信號處理的數(shù)據(jù)吞吐要求為目標，通過計算任務圖與并行處理系統(tǒng)硬件特征的最優(yōu)匹配，生成軟件架構圖；所述并行處理系統(tǒng)硬件特征包括處理器的內(nèi)部層次結構和存儲結構、處理器計算性能、以及處理器之間通信網(wǎng)絡的通信帶寬；

（2）針對處理器的數(shù)量與拓撲結構，將所述軟件架構圖分布到實際并行處理系統(tǒng)的各個處理器上。?

2.根據(jù)權利要求1所述信號處理并行計算軟件的動態(tài)重配置方法，其特征在于：所述計算任務圖是面向數(shù)據(jù)驅(qū)動型信號處理應用的數(shù)據(jù)流圖，具有多計算粒度和可變計算粒度，所述計算粒度為計算任務在處理器上的最短計算時間。

3.根據(jù)權利要求1或2所述信號處理并行計算軟件的動態(tài)重配置方法，其特征在于，所述軟件架構圖包括：

多個可配置的計算軟件實體；

發(fā)送連接器，通過數(shù)據(jù)端口與所述可配置的計算軟件實體連接；以及

接收連接器，通過數(shù)據(jù)端口與所述可配置的計算軟件實體連接；

不同可配置的計算軟件實體之間通過所述發(fā)送連接器和接收連接器進行數(shù)據(jù)傳輸。

4.根據(jù)權利要求3所述信號處理并行計算軟件的動態(tài)重配置方法，其特征在于，所述計算軟件實體包括：

任務池，用于存放能動態(tài)增減的計算任務，及所述計算任務的執(zhí)行對象的指針；

配置信息包，包括所述計算任務的執(zhí)行對象及其執(zhí)行序列、硬件資源需求、數(shù)據(jù)端口、實例運行線程與特定內(nèi)核間的綁定關系的配置屬性；?

任務池控制器，用于根據(jù)所述配置信息包中計算任務的執(zhí)行對象及其執(zhí)行序列的配置屬性，控制所述任務池中計算任務的執(zhí)行，以及根據(jù)該配置信息實時更改數(shù)據(jù)端口的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)與所述計算任務的連接關系；

端口控制器，根據(jù)所述配置信息包中數(shù)據(jù)端口配置，建立或修改數(shù)據(jù)端口鏈表，建立計算實體與數(shù)據(jù)端口的關聯(lián)關系；以及驅(qū)動與所述數(shù)據(jù)端口關聯(lián)的發(fā)送/接收連接器釋放或重建數(shù)據(jù)鏈路，由此實現(xiàn)動態(tài)改變計算實體間的數(shù)據(jù)連接。

5.根據(jù)權利要求4所述信號處理并行計算軟件的動態(tài)重配置方法，其特征在于，所述計算軟件實體還包括：

線程控制器，用于線程分解與分布操作；以及

端口配置表，用于存儲計算軟件實體的數(shù)據(jù)端口實時配置信息。

6.根據(jù)權利要求4或5所述信號處理并行計算軟件的動態(tài)重配置方法，其特征在于：所述計算軟件實體的硬件資源需求屬性描述的數(shù)據(jù)結構匹配于處理器內(nèi)部的層次結構特征，該硬件資源需求屬性包括粗粒度計算屬性和細粒度計算屬性。

7.根據(jù)權利要求6所述信號處理并行計算軟件的動態(tài)重配置方法，其特征在于，通過優(yōu)化匹配器配置并生成軟件架構圖，包括以下步驟：

對輸入的計算任務圖進行分割，優(yōu)化計算實體的任務池和配置信息包、以及計算實體間的拓撲結構，使配置后得到的每個計算實體具有合適的粗粒度計算屬性，即使所述任務池中計算任務總的計算時間費用匹配于并行處理系統(tǒng)硬件的處理能力，并要求由所述計算實體的實例所構成的信號處理流水線沒有瓶頸，且滿足數(shù)據(jù)吞吐的應用要求。

8.根據(jù)權利要求7所述信號處理并行計算軟件的動態(tài)重配置方法，其特征在于，對輸入的計算任務圖進行分割包括以下步驟：

將所述計算任務圖中計算粒度屬性大于計算閾值的計算任務單獨映射到一個計算實體的任務池中，并將該任務所處理的數(shù)據(jù)塊分解為多個數(shù)據(jù)項，該計算實體的多個實例將被分布到多個處理器上，不同處理器上的實例將處理不同的數(shù)據(jù)項；

將所述計算任務圖中計算粒度屬性小于計算閾值ub的、且相鄰的計算任務合并成一個任務簇，所述任務簇的計算粒度屬性不大于計算閾值ub，將該任務簇映射到一個計算實體的任務池中，并將被單獨分布到一個處理器上成為一個實例；

重復上述步驟，直至所述軟件構架圖中每個計算實體具有合適的粗粒度計算屬性。?

9.根據(jù)權利要求8所述信號處理并行計算軟件的動態(tài)重配置方法，其特征在于，所述計算閾值ub為一個計算實體實例處理一個數(shù)據(jù)項時，在一個處理器上運行的時間上限值，滿足關系：

Ub=1/h-Δ*com，計算和通信沒有重疊；

Ub=1/h，計算和通信有重疊；

其中，h為信號處理的并行計算數(shù)據(jù)流水線的數(shù)據(jù)吞吐，Δ為網(wǎng)絡平均單位通信時延，com為計算實體進程總的通信量。?

10.根據(jù)權利要求9所述信號處理并行計算軟件的動態(tài)重配置方法，其特征在于，通過優(yōu)化調(diào)度器將所述軟件架構圖分布到實際并行處理系統(tǒng)的各個處理器上，包括以下步驟：

首先對計算實體的粗粒度分布操作，按照負載平衡和通信費用最小的分布原則，根據(jù)所述計算實體的粗粒度計算屬性值，按數(shù)據(jù)并行方式實例化計算實體為若干個計算進程；約束于并行軟件架構圖，將所述每個計算進程實例獨立分布到一個空閑的多核處理器上；

然后對計算實體的計算進程實例配置操作，通過計算實體的配置信息包接口寫入該計算進程實例的配置信息，并通過端口管理接口驅(qū)動端口控制器設置該計算進程實例的數(shù)據(jù)端口鏈表和連接器，完成數(shù)據(jù)流重定向；

最后驅(qū)動計算進程實例的任務執(zhí)行與線程的分布操作，即通過任務管理接口驅(qū)動任務池控制器操作，通過線程管理接口驅(qū)動其中線程控制器操作，線程控制器實時分析計算實體實例進程的計算時延，根據(jù)處理器內(nèi)部的內(nèi)核結構、數(shù)量以及存儲結構和層次，將所述計算實例進程分解為層次化的多個線程，得到該計算實體的細粒度計算屬性；以及，將所述的多個線程一一綁定到處理器內(nèi)核上，使得計算實體實例進程的計算費用最小。