一种面向动态部分可重构片上系统的列表式软硬件划分算法

并行计算是提高系统资源利用率的重要手段,越来越多的多处理器片上系统通过集成具有不同功能特点的处理器来满足不同计算任务的需求.具备动态部分可重构特性的异构多处理器片上系统(Dynamic Partial Reconfiguration-Heteroge-neous Multiprocessor Systems-on-Chip,DPR-HMPSoC)因其并行性好、计算效率高而被广泛使用,而低复杂度和高求解性能的软硬件划分算法是充分发挥其计算性能优势的重要保证.已有的相关软硬件划分算法时间复杂度高,且对DPR-HMPSoC平台的支撑不足.针对上述问题,首先提出了一种列表启发式软硬件划分与调度算法,其通过构建基于任务优先级的调度列表,完成任务的调度、映射、FPGA动态部分可重构区域划分等一系列操作;接着给出了软件应用建模、计算平台建模及所提算法的详细设计方案.仿真实验结果表明,所提算法与混合整数线性规划(Mixed Integral Linear Programming,MILP)和蚁群优化(Ant Colony Optimization,ACO)算法相比,可有效减少求解时间,且时间优势与任务规模成正比;在调度长度方面,所提算法的平均性能提升了约10％.     

面向RSoC的过程级动态软硬件划分

软硬件划分作为可重构片上系统设计的重要技术手段,其结果直接影响到系统的性能。目前的软硬件划分大多只考虑从算法本身提高划分效果,忽略了划分结果的具体配置实现,导致划分效果很不理想。分析了预配置模型下的任务描述,给出了预配置调度优先级的计算方法,设计了一种预配置调度策略;针对软硬件划分与动态可重构的特点,提出并实现了一种结合预配置的软硬件划分算法,给出了一种评价软硬件划分方案优劣的方法。实验结果表明,该划分方法具有良好的划分效果。     

一种针对动态部分可重构SoC软硬件划分的高效MILP模型

异构片上系统(System-on-Chip,SoC)在同一芯片上集成了多种类型的处理器,在处理能力、尺寸、重量、功耗等各方面有较大优势,因此在很多领域得到了应用。具有动态部分可重构特性的SoC(Dynamic Partial Reconfigurability SoC,DPR-SoC)是异构SoC的一种重要类型,这种系统兼具了软件的灵活性和硬件的高效性。此类系统的设计通常涉及到软硬件协同问题,其中如何进行应用的软硬件划分是保证系统实时性的关键技术。DPR-SoC中的软硬件划分问题可归类为组合优化问题,问题目标是获得调度长度最短的调度方案,包括任务映射、排序和定时。混合整数线性规划(Mixed Integer Linear Programming,MILP)是求解组合优化问题的一种有效方法;然而,将具体问题建模为MILP模型是求解问题的关键一环,不同建模方式对问题求解时间有重要影响。已有针对DPR-SoC软硬件划分问题的MILP模型存在大量变量和约束方程,对问题求解时间产生了不利影响;此外,其假设条件过多,使得求解结果与实际应用不符。针对这些问题,提出了一种新颖的MILP模型,其极大地降低了模型复杂度,提高了求解结果与实际应用的符合度。将应用建模成DAG图,并使用整数线性规划求解工具对问题进行求解。大量求解结果表明,新的模型能够有效地降低模型复杂度,缩短求解时间;并且随着问题规模的增大,所提模型在求解时间上的优势表现得更加显著。     

搜索空间平滑技术在软硬件划分中的应用

软硬件划分问题是软硬件协同设计的重要问题之一,它涉及到系统建模,划分算法和划分方案评价等问题,其中划分算法设计是关键点。以提高系统时间性能为目标,利用任务流图构造系统模型,在其上实现了基于优先权的评价函数,提出了搜索空间平滑技术与离散粒子群算法相结合的软硬件划分算法,并且解决了两者的融合问题,并能根据系统信息动态适应调整算法参数。实验结果表明,算法时间开销稳定,求解质量较高。     

基于动态关键任务的多处理器任务分配算法

多处理器调度问题是影响系统性能的关键问题,基于任务复制的调度算法是解决多处理器调度问题较为有效的方法.文中分析了几个典型的基于任务复制算法,提出了基于动态关键任务(DCT)的多处理器任务分配算法.DCT算法以克服贪心算法不足为要点,调度过程中动态计算任务时间参数,准确确定处理器的关键任务,以关键任务为核心优化调度,逐步改善调度结果,最终取得最优的调度结果.分析和实验证明,DCT算法优于现有其它同类算法.     

采用预配置策略的可重构混合任务调度算法

在对可重构硬件资源进行抽象的基础上,采用软硬件混合任务有向无环图来描述应用,提出一种基于列表的混合任务调度算法.该算法通过任务计算就绪顺序及可重构资源状态确定硬件任务的动态预配置优先级,按此优先级进行硬件任务预配置,隐藏硬件任务的配置时间,从而获得硬件任务运算加速.实验结果表明,针对可重构系统中的软硬件混合任务调度,能够有效地降低配置时间对应用执行时间的影响.     

基于布谷鸟搜索的多处理器任务调度算法

多处理器系统在高性能计算中扮演着重要角色.为提高系统的并行性能,基于布谷鸟搜索算法,提出一种新的多处理器任务调度算法.该算法以全部任务的最晚完成时间最小为目标,利用基于任务优先权的编码方式使连续的布谷鸟搜索算法适用于离散的多处理器任务调度问题.实验结果表明,所提算法不仅求解质量高,而且求解速度最快,与目前广泛采用的遗传算法和粒子群算法相比其执行时间缩短超过60％.     

基于最优虚拟截止日期多处理器混合时序调度

为提高混合临界系统实时调度有效性,提出基于最优虚拟截止日期的多处理器混合时序调度算法.将现有非抢占最早截止时间可调度性测试算法推广到混合临界多处理器系统,引入时序保证技术,确保系统在两个不同临界值间过渡;将所提可调度性测试扩展到混合临界系统,利用系统级截止期缩减参数控制,设计最优虚拟截止日期分配策略.仿真结果表明,采用最优虚拟截止时间分配策略可调度性测试可发现大量额外可调度任务集,实现混合临界多处理器非抢占调度性能提升.     

具有初始信息素的蚂蚁寻优软硬件划分算法

面向基于平台的系统芯片设计,提出具有初始信息素的蚂蚁寻优软硬件划分算法AOwIP.基本思想是：①利用基于平台的设计方法中已有参考设计的软硬件划分结果作为初始划分解,进行适当变换后生成初始信息素分布.②在所生成初始信息素分布的基础上,利用蚂蚁算法正反馈、高效收敛的优势寻求最优划分解.该算法利用基于平台的设计方法强调系统重用的优势,克服蚂蚁算法在求解软硬件划分问题时缺乏初始信息素的不足.实验表明,AOwIP算法有效提高了蚂蚁算法的最优解搜索效率.     

基于遗传算法的可重构系统软硬件划分

在考虑动态部分重构及重构延时等特征的基础上,采用遗传算法及其与爬山算法的融合实现可重构系统软硬件任务的划分,并采用动态优先级调度算法进行划分结果的评价。实验表明,在可重构系统的资源约束等条件下,算法能够有效地实现应用任务图到可重构系统的时空映射。