面向异构MPSoC的多媒体应用程序任务分配方法

任务分配是多处理器SoC功能实现与性能优化的重要步骤,严重影响着多处理器SoC系统的处理性能与效率.文中针对多媒体应用程序向异构多处理器SoC的任务分配问题,提出图结点多着色模型来描述任务分配问题,并使用进化蚁群算法进行任务分配.在任务分配的过程中,首先对多媒体应用进行预处理,包括应用特征分析、并行任务划分与功能模型生成;然后启动进化蚁群算法进行分配空间探索,直至找到满足条件的高质量任务分配方案.实验结果表明,相对于采用基本蚁群算法与遗传算法的任务分配方法,文中方法可以获得高质量的分配方案,并较大幅度地加快了任务分配空间探索的收敛速度.     

同构与异构片上多核系统的演进过程

系统级芯片是高端电子系统的核心,而片上多核系统是近年来系统级芯片的主要实现形式。近十年来,片上多核系统一直是数字集成电路领域的热点,经过众多研究者的不断努力诞生了大量很有意义的研究成果。但由于片上多核系统的研究者背景和应用领域不同导致发展演进过程较为复杂而难以理解。为减少这一问题的影响,总结了片上多核系统的演进历史与现状,并对片上多核系统未来的发展提出了一些看法。     

一种嵌入式系统中多处理器核的通信优化方法

单芯片多处理器（CMP）结构已成为提高微处理器性能的重要途径。本文针对多处理器系统进行了研究．介绍了多处理器系统的概念、原理、特点：围绕如何优化多处理器核的通信这一关键问题,提出了一种两两分组单信道通信的通信优化的方式．在实际开发过程中这种方法和技术被证明是有效和可行的。     

一种嵌入式系统中多处理器核的通信优化方法

单芯片多处理器(CMP)结构已成为提高微处理器性能的重要途径。本文针对多处理器系统进行了研究,介绍了多处理器系统的概念、原理、特点。围绕如何优化多处理器核的通信这一关键问题,提出了一种两两分组单信道通信的通信优化的方式,在实际开发过程中这种方法和技术被证明是有效和可行的。     

多处理器片上系统任务调度研究进展评述

多处理器片上系统在单芯片上集成了多种指令集处理器,可完成复杂完整的功能,在图像处理、网络多媒体和嵌入式系统等应用领域前景广阔.任务映射与调度是多处理器片上系统设计的关键问题之一.介绍了多处理器片上系统的基本结构和面临的挑战,从调度算法分析和实现框架两个方面着重探讨了近年来多处理器片上系统任务调度的国内外研究进展情况,分析了当前亟待解决的问题与下一步主要的研究方向,可为多处理器片上系统相关研究提供参考.     

片上多处理器互连技术综述

随着器件、工艺和应用技术的不断发展,片上处理器中处理器核的数目必将进一步增加,处理器芯片内部的互连及其通信成为影响处理器性能的重要因素.介绍了目前在片上多处理器中的几种典型互连方法,并简要分析了各种方法的优缺点.     

嵌入式操作系统RTEMS基于多处理器的优化

随着多处理器嵌入式系统应用的普及,通用嵌入式操作系统开始引入对并行化的支持,作为优秀的开源嵌入式操作系统RTEMS亦是如此。但是RTEMS对多处理器的支持机制上存在可能会使整个多机系统崩溃的死锁问题,此外在数据处理系统中做数据分发时对硬件性能损失十分严重。该文结合某型号星载计算机的研发工作,对RTEMS的多处理器支持机制加以完善,并对RTEMS存在的数据分发时的性能瓶颈给出一种优化方案。     

基于粒子群优化算法的异构多处理器任务调度

为提高异构多处理器任务调度的执行效率,充分发挥多处理器并行性能,提出一种基于粒子群优化的异构多处理器任务调度算法-PSOASA算法.PSOASA算法以求得任务最短完成时间为目标,首先通过建立新的编码方式和粒子更新公式实现粒子搜索空间到离散空间的映射,使连续的粒子群优化算法适用于离散的异构多处理器任务调度问题,同时通过引入模拟退火算法,克服粒子群算法的“早熟”收敛现象,避免求得的解陷入局部最优.实验结果表明,PSOASA算法的执行效率优于目前广泛采用的遗传算法,有效地降低任务的执行时间,减少了迭代次数,适用于异构多处理器环境大规模任务调度.     

基于共享存储器多处理器片上系统的互斥模型*

在原有模型和算法分析的基础上,提出了一种共享存储器MPSOC互斥模型。该模型能适应各种互斥算法的描述、论证需求,能更好地描述任务优先级、实时性;能够适应区分处理器源任务的互斥算法（即区分对待来自不同处理器的任务）;严格区分并发性、并行性,描述更加精确;扩展了服务周期、事件之间关系;能够精确地量化互斥性能指标,以便更好地比较互斥算法优劣。最后,给出了该模型的一个简单实例,对模型应用提供指导。     

基于粒子群优化的异构多处理器任务调度算法

为提高异构多处理器任务调度的执行效率,充分发挥多处理器并行性能,提出一种基于粒子群优化的异构多处理器任务调度算法——FPSOTTS算法。该算法以求得任务最短完成时间为目标,首先通过建立新的编码方式和粒子更新公式实现粒子搜索空间到离散空间的映射,使连续的粒子群优化算法适用于离散的异构多处理器任务调度问题;同时通过引入禁忌算法进行局部搜索,克服粒子群算法的早熟收敛现象,避免陷入局部最优。实验结果表明,FPSOTTS算法的执行效率优于Min-min算法和遗传算法,有效地降低任务的执行时间。FP-SOTTS算法很好地解决了异构多处理器任务调度问题,并且适合于大规模并行任务调度。     

片上多核处理器Cache一致性协议优化研究综述

现代晶体管技术在单芯片上集成多个处理器已经成为现实.近年来,随着多核处理器集成核数的不断增加,高速缓存的一致性问题凸显出来,已成为多核处理器的性能瓶颈之一,亟待解决.本文介绍了片上多核处理器一致性问题的由来.总结了多核时代高速缓存一致性协议设计的关键问题,综述了近年来学术界对一致性的研究.从程序访存行为模式、目录组织结构、一致性粒度、一致性协议流量、目录协议的可扩展性等方面,阐述了近年来缓存一致性协议性能优化的方向.对目前片上多核处理器缓存一致性协议设计中存在的问题进行了讨论,并指出了未来进一步研究的方向.     

面向多核处理器的空间数据库索引性能分析

空间数据库索引是提高空间查询性能的重要方法,片上多核处理器的出现,在提高数据库性能的同时,也给空间索引结构提出了新的挑战.面向多核处理器,还缺乏对各种主要空间数据库索引结构和性能的综合实验比较,从而无法定量分析影响索引性能的重要因素.针对目前主流的共享cache多核处理器,对R树,Hilbert R树、四又树及CR树在...     

嵌入式异构多核处理器核间的通信性能评估与优化

随着嵌入式技术的不断发展,越来越多的平台采用异构多核处理器(Heterogeneous Multi-Processor Unit,HMPU)进行高性能计算,但多核处理器的核间通信效率严格地制约着系统的高性能计算能力。针对HMPU的核间通信性能难以量化的问题,提出了基于通信粒度、通信缓存和消息传输机制的阶段评价模型,并通过实验验证了这3个影响因子对不同阶段的核间通信性能的影响。此外,由于嵌入式系统环境多变、资源有限,使得静态通信策略对系统性能优化具有局限性。针对该问题,提出了基于系统内存约束、时间约束和性能目标的动态通信策略优化模型(Dynamic Communication Strategy Optimization Model,DCSOM)。通过实验证明:在数据量较小、通信周期较长的异构多核处理器中,DCSOM更具优越性。     

基于共享Cache多核处理器的Hash连接优化

针对目前主流的多核处理器,研究了基于共享缓存多核处理器环境下的数据库Hash连接优化.首先提出基于Radix-Join算法的Hash连接多线程执行框架,通过实例分析了影响多线程Radix-Join算法性能的因素.在此基础上,优化了Hash连接多线程执行框架中的各种线程及其访问共享Cache的性能,优化了聚集连接时Hash连接算法的内存访问,并分析了多线程聚集划分的加速比.基于开源数据库INGRES和EaseDB,实现了所提出的连接多线程执行框架,在实验中测试了多线程Hash连接框架的性能.实验结果表明,该算法可以有效解决Hash连接执行时共享Cache在多线程条件下的访问冲突和处理器负载均衡问题,极大地提高了Hash连接性能.     

基于共享cache多核处理器的数据库内存排序优化

针对目前主流的多核处理器,提出了共享cache敏感的数据库排序多线程执行框架(sharedcache sensitive multithreaded sorting framework,SCS-MSF).首先分析了多线程QuickSort排序在共享cache多核处理器中执行时面临的性能瓶颈,在此基础上针对SCS-MSF每个处理阶段的数据访问特点,提出了各自的多线程并行执行模式,并通过各种优化策略改善线程执行时的cache性能,特别是减少多线程访问共享cache时的访问冲突问题,以提高线程的cache性能.在实验中,基于内存数据库EaseDB实现了SCS-MSF.实验结果表明SCS-MSF具有良好cache访问性能,从而提高了多线程执行的效率,而且性能稳定,数据库排序性能得到了较大提高.     

Micro-Task Processing in Heterogeneous Reconfigurable Systems

New reconfigurable computing architectures are introduced to overcome some of the limitations of conventional microprocessors and fine-grained reconfigurable devices (e.g., FPGAs). One of the new promising architectures are Configurable System-on-Chip (CSoC) solutions. They were designed to offer high computational performance for real-time signal processing and for a wide range of applications exhibiting high degrees of parallelism. The programming of such systems is an inherently challenging problem due to the lack of an programming model. This paper describes a novel heterogeneous system architecture for signal processing and data streaming applications. It offers high computational performance and a high degree of flexibility and adaptability by employing a micro Task Controller (mTC) unit in conjunction with programmable and configurable hardware. The hierarchically organized architecture provides a programming model, allows an efficient mapping of applications and is shown to be easy scalable to future VLSI technologies. Several mappings of commonly used digital signal processing algorithms for future telecommunication and multimedia systems and implementation results are given for a standard-cell ASIC design realization in 0.18 micron 6-layer UMC CMOS technology.     

XOS：面向用户体验质量的高能效异构多核调度算法

智能移动设备的重要作用日益凸显,然而,对于性能的追求与有限电池容量的矛盾制约了产业的发展.异构多核处理器架构以其平衡性能与能耗的优势,成为一种新型的解决方案.用户体验优化是智能移动设备的重要设计目标.借助一个分段式的用户体验模型,提出了面向异构多核设备的XOS(experience oriented scheduler)调度算法.XOS能够跨层获取任务信息,识别与用户直接交互的任务组,保证这些任务的计算资源分配以保障用户体验,同时限制非交互性任务的计算资源以降低能耗.通过建立一套仿真系统验证了算法的有效性并进行了调整优化,然后在Odroid-XU3开发板Android系统中进行了原型实现和验证.实验结果表明：XOS算法对于不同类型的任务仅产生了2.7%～7.3%的用户体验下降,但节省了8%～48%的能量.     

多处理器混合关键性系统中的划分调度策略

多核处理器正越发广泛地应用到现代嵌入式系统的设计与实现当中,其强大的计算能力为将多个不同关键性级别的功能子系统集成到统一的共享资源平台提供了支持.混合关键性系统的调度问题即便在单处理器平台中都极具挑战性,在多处理器平台则更为困难.将目前资源利用率最高的单处理器混合关键性调度算法EY-VD扩展到多处理器平台中.首先,结合传统的划分调度策略提出了适用于多处理器混合关键性系统的MC-PEDF(mixedcriticality partitioned earliest deadline first)划分调度算法.尽管比之前的算法有更好的可调度性能,但传统的划分策略不能有效地平衡不同关键性级别下的负载,故其不完全适用于混合关键性系统.为了克服传统策略的不足,提出了划分调度策略OCOP(one criticality one partition).OCOP允许系统在关键性模式切换时对实时任务集进行重新划分,进而更好地平衡各个处理器在不同关键性模式中的资源利用率.基于OCOP,提出了第2种划分调度算法MC-MP-EDF(mixed-criticality multi-partitioned EDF).基于随机生成任务集的仿真实验结果表明,与MC-PEDF和已有的算法相比,MC-MP-EDF能够显著地提高系统的可调度性,尤其是在处理器数量较多的系统中.     

嵌入式MPSoC的调试功能实现

从软件角度讨论了嵌入式MPSoC的调试功能实现．在实时操作系统中设置了调试管理部分,通过构建操作系统的调试进程实现相应的调试功能,实现的调试功能模块包括相应的调试命令集规范、输入／输出模块及执行命令模块．实时操作系统驻住在MPSoC的主控芯片上,通过将执行命令模块放置到不同的处理器核上实现调试各核及核上程序的功能．为了保证操作系统自身功能正确,首先通过硬件EJTAG模块调试操作系统本身,并开发了相应的软件RDView;然后使用操作系统的调试管理部分实现调试本机及其他处理器核上应用程序的执行状况．基于软件实现的调试管理功能以较小的内存代价,方便、有效地实现了MPSoC的调试功能．     

一款基于多处理器片上系统的动态自适应仲裁器

随着深亚微米工艺技术的发展,同一芯片上集成多个处理器得以实现.通信架构是多处理器片上系统的瓶颈,而高效的仲裁器可以解决多个处理器同时访问共享资源引起的冲突和竞争,从而防止系统性能的下降.提出一款算法简单的动态自适应仲裁器.它可以自动调节各个处理器占据的总线带宽,避免饥饿现象.基于多处理器仿真平台的实验结果显示它比传统的仲裁器减少了68%的任务完成时间,缩短了78%的总线等待时间,并且能更好地控制各处理器的总线带宽.