[發明專利]快速可重構信號處理異構平臺下任務調度方法和系統

在審

• 申請號: 202110152746.4
• 申請日: 2021-02-04
• 公開（公告）號: CN112905317A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 李靜磊;陳仕豪;黃柏林;楊清海;張帥
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F9/48
• 分類號: G06F9/48
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 何畏

本發明屬于信號處理技術領域，公開了一種快速可重構信號處理異構平臺下任務調度方法和系統，在任務選擇階段完成使用統計學標準篩選出任務以優先級標準選擇任務；在處理資源選擇階段選擇處理資源要使得該任務或者綁定任務的最早執行完成時間最小。任務調度模塊包括：任務選擇模塊；處理資源選擇模塊。本發明使用大量異構硬件資源來幫助信號處理應用的加速，同時配合上層的綜合開發軟件來實現信號處理應用部署的快速可重構和快速迭代。本發明算法是對HEFT和CEFT算法進行了改進，通過使用任務復制結合任務綁定的方法，充分利用處理資源的空閑時間，以一定量的計算開銷來抵消更大的通信開銷，達到優化整體任務的時間性能和系統資源利用率。

技術領域

本發明屬于信號處理技術領域，尤其涉及一種快速可重構信號處理異構平臺下任務調度方法、系統。

背景技術

目前：快速可重構信號處理異構平臺利用CPU、DSP、GPU和FPGA等異構處理資源組成大量信號處理的板卡，并將各個板卡集成在機箱中，利用機箱背板上的總線和機箱的交換板進行處理資源之間的數據交互，借助存儲器將處理過程中所需的數據和文件進行存儲。該平臺的綜合軟件開發環境是平臺的軟件部分，包括了可視化開發界面，任務調度模塊、資源監控模塊、配置控制模塊、封裝模塊及通信控制模塊等功能模塊。任務調度算法是任務調度模塊的核心，決定了信號處理應用的性能以及效率。一個信號處理應用通常由多個任務協作完成，任務之間通常包含復雜的依賴關系，通常用DAG(有向無環圖)表示。在有向無環圖中，節點代表著任務，有向的邊代表任務之間的數據依賴關系。任務調度算法就是根據指定優化目標將任務圖中的任務分派到合適的計算資源上，并且在保證任務之間的通訊依賴關系的前提下，決定在計算資源上的執行順序。在我們的場景中，任務調度算法的主要優化目標就是信號處理任務的總體的執行時間，即最早開始執行的任務與最晚完成執行的任務之間的時間差。根據任務的特征(包括任務之間的依賴關系、任務在處理器上的計算開銷和任務之間的通信開銷)是否提前給定，可將任務調度問題分為靜態任務調度和動態任務調度。在我們的平臺下，采用靜態調度的方法，由于硬件資源通常是固定不變的，同時各種信號處理任務也是由任務組件庫提供的，所有我們會基于統計的方法給定這些特征估計值，提供給調度算法使用。針對異構系統中的靜態調度問題，主要可劃分為基于表的調度、基于聚類的調度、基于任務復制的調度和引導隨機搜索調度，較為常見的調度算法有HEFT、CPOP、Lookahead、CEFT等啟發式算法被廣泛運用到實際的應用中。

通常這種任務調度分為兩個階段，分別為任務選擇階段和處理資源選擇階段。HEFT算法是基于任務的通信開銷和計算開銷從退出任務節點開始計算所有任務節點的RankU值，以此作為優先級排序的標準，對RankU值進行降序排列，依次調度每個任務到使得該任務最早執行完成時間(EFT)最小的處理資源上。CPOP算法是將關鍵路徑上的任務調度到特定的處理資源上，其余的調度過程和HEFT類似。Lookahead法與HEFT相比的不同之處在于，在處理資源選擇階段使用任務的直接后繼任務的最早執行完成時間為標準。CEFT算法是結合了表調度和任務復制的一種調度方法。

由于各個任務之間存在著數據依賴，后繼任務必須在它的所有直接前驅任務都執行結束后才能夠執行，也就是說它的所有直接前驅任務在執行完畢后，需要將其所依賴的數據傳輸到該任務所在處理資源中。在傳輸數據量大、通信帶寬較窄、通信開銷大的場景下，會使得后繼任務有較長時間的等待時延，同時也造成處理資源的一定量的空閑時間，資源利用率較低，如HEFT算法在這方面的缺陷就較為突出。為了充分利用處理資源的空閑時間，利用處理資源的空閑時間來執行部分前驅任務，使用計算開銷來抵消更大的通信開銷，已達到降低整體任務應用的執行時間，這就是任務復制的方法。但是單純使用任務復制的方法在存在高通信開銷的任務的場景下，性能有待提高。所有本發明針對這些不足，提出了高通信開銷任務綁定，并結合任務復制，來提高快速可重構信號處理異構平臺下信號處理應用的時間應用。所謂的任務復制就是后繼任務為了節省某些前驅任務到該任務的通信開銷，拷貝這些前驅任務到該任務所在的硬件處理資源上執行。而高通信開銷的任務綁定是將這個任務對捆綁在一起，在這兩個任務的前驅任務的數據準備好了后，將該綁定任務對按照某一規則分配同一硬件處理資源上，以此來消除這兩個任務直接的高通信開銷。