多核异构模式下有管理的共享内存设计方法

随着继电保护设备的功能以及集成度的提升,单核处理器在性能上已捉襟见肘,多核处理器得到了较广泛应用。多核处理器在继电保护设备中通常工作于多核异构模式,该模式下划分出的各运行区之间通常基于共享内存实现数据交换。本文提出了一种在多核异构模式下去中心化的有管理的共享内存设计方法,可以实现各运行区对等的进行抽象化的共享内存的资源申请和获取,极大降低了各运行区之间的耦合关系。     

面向多核处理器的实时优化技术:基于独立实时域的实时优化方法

多核处理器具有良好的性能功耗比,因此其在实时嵌入式系统中的应用是一种趋势.然而,现有的软件结构下,多核处理器的多核特性对实时性能的提高没有帮助;甚至,多核处理器核间的资源共享使影响程序执行时间的因素变得复杂,实时任务的最坏执行时间(Worst Case Execution Time,WCET)变得更为不可预测和难以控制.基于国产飞腾处理器研究了基于多核处理器的实时系统构建和实时性能优化,提出了“基于独立实时域的实时优化方法”;通过虚拟化技术把处理器分为“实时域”和“非实时域”,实时任务和非实时任务运行在不同的核心上,充分利用多核处理器各个核心,高效调度实时任务和非实时任务运行.     

面向移动设备的3D图形处理器设计

提出一种面向移动设备的3D图形处理器的设计方法,从图形算法和硬件架构两个层次进行优化.对图形算法进行C语言的仿真模拟,并设计高效的具有并行和流水线结构的图形处理器架构.该架构采用定点的数据通道,拥有一个可编程的顶点处理器和基于像素块的光栅扫描转换模块,降低电路复杂度的同时提高了整体性能.该设计已经在FPGA上验证,并给出了实验结果.实验结果显示该图形处理器结构可以满足移动设备的图形应用要求,具有可行性.     

一款多核处理器FPGA验证平台的设计与实现

高性能处理器设计日趋复杂,为了缩短验证周期,降低研制风险通常需要在流片之前进行基于现场可编程门阵列(field programmable gate-array,FPGA)原型验证平台的软硬件协同验证.随着处理器多核化的发展,FPGA原型验证平台的实现变得越来越具有挑战性.介绍了一款高性能多核微处理器FPGA验证平台的设计与实现方法,详细阐述了该FPGA验证平台采用的母板/子板总体架构、分片策略、时分复用实现技术及I/O接口实现方法.该平台具有良好的可扩展性,能够方便灵活地实现目标芯片在各种规模和配置下的FPGA验证,用于在流片前对目标芯片进行功能正确性验证和性能评估.经过该FPGA平台验证的目标芯片,首次流片返回的芯片能成功运行操作系统和各种应用程序,实现了一次流片成功的目标.最后对该FPGA验证平台的应用前景进行了分析总结.     

面向SQLite3数据库API调用序列的并行运行时验证方法

作为轻量级的高可靠嵌入式数据库, SQLite3已被广泛应用于航空航天和操作系统等多个安全攸关领域, 其提供了丰富灵活API函数以支持用户快速实现项目构建.然而, 不正确的API函数调用序列会导致严重后果, 包括运行错误、内存泄露和程序崩溃等.为了高效准确地监控SQLite3数据库API函数的正确调用情况, 本文提出了基于多核系统的并行运行时验证方法.该方法首先分析API函数文档, 自动挖掘相关API调用序列规约描述, 辅助人工将其形式化表达为具有完全正则表达能力的命题投影时序逻辑公式; 然后在程序运行时, 采用多任务调度策略, 将程序执行产生的状态序列分割并对不同片段并行验证.实验结果表明, 该方法能够发现调用SQLite3数据库API函数的30个被验证C程序中, 违背API函数调用序列规约的达16个.另外, 与传统串行运行时验证方法的对比实验表明, 本文提出的并行运行时验证方法能够有效提高多核系统的验证效率.     

面向异构多核处理器的FPGA验证

随着处理器架构的发展,高性能异构多核处理器不断涌现.由于高性能异构多核处理器的设计十分复杂,为了降低设计风险,缩短验证周期,提前进行软件开发,复现硅后问题等,通常需要搭建现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)的原型验证平台,并基于FPGA平台开展种类繁多,功能各异的软硬协同验证和调试工作,提出的基于同构FPGA平台对异构多核高性能处理器的FPGA调试、验证方法,有效地利用了异构多核处理器的架构特征,同构FPGA的对称特点,以层次化的方法自顶向下划分FPGA,自底向上构建FPGA平台.结合差速桥、自适应延迟调节、内嵌的虚拟逻辑分析仪(virtual logic analyzer,VLA)等技术可快速完成FPGA平台的点亮(bring-up)和部署.所提出的多核互补,核间替换模拟的调试SHELL等方法可以快速完整地对目标高性能异构多核处理器进行FPGA验证.通过该FPGA原型验证平台,成功地完成了硅前验证,软硬件协同开发和测试,硅后问题复现工作,并为下一代处理器架构设计提供了快速的硬件平台.     

基于多核的多线程程序优化研究

随着主流芯片厂商的大力推广,多核处理器已经变得越来越普及.以往串行化的程序设计方法在多核环境下已经不能充分利用多核CPU的资源.怎样高效地利用多核处理器的计算性能,已经成为软件开发者面临的新的课题.文中在传统的多线程编程基础上,根据Intel处理器的微架构(Microarchitecture)特点,以及Linux内核提供的CPU绑定技术,通过采用Cache优化和CPU亲和力(CPU affinity)优化,消除了多核环境下局部多线程Cache行竞争和伪共享,减少了线程的调度开销,提高了多线程程序的运行效率.     

基于通用多核平台的入侵检测系统研究

为应对网络流量快速增长问题,提出一种基于通用多核平台的入侵检测系统结构。在系统设计基础上,分析、验证了硬件平台、资源分配模式和流量特征等关键因素对系统处理性能的影响。实验表明,网络流量的流数、单位时间内报文包数等指标对系统性能的影响更大;在启用多核处理器超线程技术并将检测引擎与CPU绑定时,系统性能可以得到有效提高;系统易于实现,性价比高。     

通用非对称多核方案设计

多核处理器是目前处理器发展的主流方向, 但硬实时保证方面存在诸多挑战. 通过研究分析实时应用需求和多核处理器的应用现状, 提出一种基于通用处理器的非对称多核方案. 重点讨论了方案的软件总体设计、共享资源管理、非对称多核模式下的从核镜像加载、启动和核间通信的设计. 采用通用非对称多核方案研制的低压保护测控装置, 其现场运行情况表明方案满足电力二次设备的实时性能要求.     

基于PowerPC的SoC软硬件协同验证平台

构建了基于PowerPC405处理器的SoC软硬件协同验证平台.该平台使用层次化的设计方法,在统一平台架构下支持RTL和TLM两种不同抽象层次的虚拟原型仿真,兼顾了仿真精度和速度的要求.平台中提供了完整的开发工具和基础架构,支持以C语言测试程序作为输入的验证流程自动化,可有效地提高验证效率.     

RISC指令集众核处理器功能验证与实现

众核技术已成为当前处理器体系结构发展的必然趋势,如何对众核处理器设计进行有效而充分的验证,成为当今IC设计验证领域的研究热点之一,也是众核处理器芯片能否成功流片的关键因素之一。目前工业界采用基于仿真的验证作为主要的验证方式,重点介绍了以覆盖率为导向的RISC众核处理器的功能验证环境的整体设计,提出了“被动式”的验证思想,并采用“软硬件协同验证”的策略,最终达到每条指令都比对通过的验证目标,辅以后期阶段所引入的时序验证策略和功耗评估策略,完整地提出了一套芯片验证平台搭建和验证功能实现的方法流程。     

一种多核处理器直连接口QoS的设计与验证

多核处理器直接互连构建多路并行系统,一直是提高高性能计算机并行性的主要方式。主要研究多核处理器直连接口的QoS设计,通过直连接口完成跨芯片的Cache一致性报文有效、可靠传输,实现共享主存的SMP系统。详细阐述了直连接口各个协议层的QoS设计的关键技术,基于UVM方法学构建了可重用验证平台,模拟验证了QoS设计的正确性,移植到FPGA原型验证平台,顺利通过了测试。深入研究和实现处理器芯片直连技术,是提升高性能多路服务器的主流方向,具有良好的应用和研究前景。     

基于即时验证的软件验证工具改进设计与实现

基于设计模型的分析技术是现代复杂嵌入式软件系统高可靠性的重要保障手段。基于即时验证(On thcfly verification)方法对一个构件化嵌入式软件设计模型原型验证工具T-CI3ES1)进行了改进设计与实现。集成Topcased 和JE工AP扩展了手C13ESD图形化建模接口;设计并实现了相关输入处理与转换;重新设计并实现了状态空间数据结 构,包括功能、非功能行为(实时、资源、能耗等)验证问题在内的多个基于路径的一致性即时验证算法。给出了改进工 具在火灾预警系统中的应用实例与分析。     

龙芯3号处理器多核虚拟化技术

MIPS 处理器是精简指令集（RISC）处理器中的一个重要代表,通常应用于嵌入式系统中.近年来,随着MIPS处理器性能的大幅度提升,其应用渐渐扩展到了高性能服务器领域.龙芯3号处理器是MIPS架构的典型代表.在目前的服务器研究领域中,多核技术是一项重要的技术指标,而虚拟化技术是另一项重要的技术指标.当前,虽然虚拟化技术得到了快速发展,但是龙芯3号处理器上的虚拟化技术却鲜有成果.基于龙芯3号处理器的多核虚拟化技术面临许多问题,虚拟多核架构结构复杂、核间通信方式难以模拟等都会为龙芯3号处理器上的多核虚拟化带来困难.分析了多核龙芯3号处理器的硬件结构以及物理多核的核间中断通信方式,在此基础上介绍了龙芯3号处理器上多核虚拟化关键技术.主要在多核处理器虚拟化总体架构设计、虚拟多核结构设计以及虚拟多核的核间通信方式等方面进行了讨论.实验的结果表明,在龙芯3号处理器上,该多核虚拟化方法具有良好的效果.     

异构多核处理器体系结构设计研究

多核技术成为当今处理器发展的重要方向,异构多核处理器由于可将不同类型的计算任务分配到不同类型的处理器核上并行处理,从而为不同需求的应用提供更加灵活、高效的处理机制而成为当今研究的热点.本文从体系结构的角度探讨了异构多核处理器设计中的关键点,从内核结构、互连方式、存储系统、操作系统支持、测试与验证、动态电压调节等方面分析...     

基于龙芯3A处理器的嵌入式操作系统BSP设计技术

以国产龙芯3A处理器为栽体,通过分析多核系统的体系架构和硬件特征,提出了基于龙芯3A处理器的JARI-works操作系统BsP设计的基本思路及关键技术,目前该BSP包已经在项目中得到应用,对其他嵌入式操作系统在龙芯系列处理器上的移植具有一定的参考作用。     

嵌入式ARM多核处理器并行化方法的研究

随着嵌入式处理器技术的不断发展以及人们对嵌入式设备性能的要求越来越高,嵌入式处理器由单核时代进入多核时代。然而,传统嵌入式系统软件开发方法还是基于单核模式,并没有利用嵌入式多核处理器多核并行化的特点,没有充分发挥嵌入式多核处理器的性能。虽然在PC平台上,多核并行化方法相对更成熟,但嵌入式多核处理器在处理器数目、Cache以及总线等方面有很大不同,嵌入式平台多核并行化并不能借助PC平台的实践方法,因此基于嵌入式平台研究多核并行化的方法是很有意义的。     

基于BMP架构的多核差异化运行技术研究

随着高速网络及多核处理器技术的快速发展,业务应用的复杂度也在日益增加。为了保证复杂业务的吞吐量及实时性,基于BMP架构提出了多核环境下操作系统任务差异化运行方案,将多核处理器分为数据面与控制面,数据面核的处理能力提供给高性能要求的循环任务使用,控制面核的任务处理不影响数据面核的性能。方案在Linux内核上进行了改造实现,实验结果表明,可有效提升复杂业务实时响应及业务吞吐能力。     

异构处理器多操作系统协同技术研究

随着嵌入式设备应用场景日趋复杂的变化,异构多核架构逐渐成为嵌入式处理器的主流架构.目前,多核处理器主要采用的单操作系统模式在实际应用中存在诸多局限性.为了充分发挥异构处理器的多核特性,针对异构处理器不同核部署相应的操作系统并实现多操作系统协同处理技术至关重要.本文对异构多核处理器（ARM+DSP）操作系统进行了研究,在异构多核平台上成功移植了嵌入式Linux和国产DSP实时操作系统ReWorks;为实现ReWorks与Linux操作系统协同处理,本文对核间通信的关键技术进行分析研究,并以TI公司的AM5718为例,设计了一系列多核异构通信组件.经测试,本文设计的异构通信组件实现了在ARM上对DSP核进行ReWorks操作系统和应用程序的动态加载、Linux与ReWorks核间消息收发、以及Linux与ReWorks的协同计算等功能.     

一种基于监测的嵌入式系统设计技术

提出一种嵌入式系统软硬件协同设计方法，它以数据流图为系统模型对嵌入式系统的功能和性能需求进行描述，并通过一种特定的实现结构，使得设计者可以借助快速样机平台和事件驱动式监测技术来精确测定目标系统对系统模型的实现状况，从而使得软硬件协同设计过程特别是系统优化和性能验证能在精确、可靠的测试数据基础上进行．同目前通常使用的以软硬件部件性能估算为基础的软硬件协同设计方法相比，这种以测试为基础的设计技术更能确保设计结果的合理．