异构多核处理器的任务分配及能耗的研究*

异构多核处理器采用不同的任务分配与调度算法,会导致不同的时间消耗与能量消耗,采用合适的任务分配与调度算法能节省较多的能耗。目前普遍认为最有发展前途的任务分配与调度技术是先用启发式方法进行分组,然后再用遗传算法进行调度。在改进任务分组后,又首次提出了用遗传算法解决能耗问题。实验结果表明在实时要求不高的情况下,能以较小的时间代价来节省较多的能耗。     

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...     

异构多核处理器的任务调度算法

在研究Min-min、Max-min算法和Sufferage算法基础上,针对异构多核处理器的特点,提出一种任务静态调度算法——自适应分段Sufferage算法（Adaptive Segmented Sufferage,ASS）。该算法以最早完成时间和负载均衡为目标进行任务分配,先将任务分配分成两个阶段：在第一个阶段以最少完成时间作为分配原则进行分配,选择单位时间内节省时间最多的任务先分配;在第二个阶段以负载均衡为分配原则进行分配,选择执行时间大的任务先分配。然后选取不同调节参数,对任务进行多次重新分配,以最小的最大完成时间为最后分配结果,实现自适应调节。通过实验验证,该算法在实现最少完成时间的前提下能很好地达到负载均衡。     

基于异构多核处理器的静态任务调度研究

针对现存任务调度算法优先级选取过于单一、冗余任务处理较晚的问题,提出一种基于加权优先级的任务调度算法--WPTS算法.该算法综合考虑任务3个属性的加权值以决定任务被处理的先后次序,从而克服了任务选取时的单一性问题.在将任务分配到处理器的过程中,保证任务优先调度到完成时间最早的处理器上.同时,引入冗余任务处理过程,及时消除冗余任务,达到对处理器空闲时间段进行有效回收、减少处理器调度长度的效果.性能对比实验表明,WPTS算法较CPFD算法、HCPFD算法和HDEFT算法能取得更好的性能.     

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.     

多核处理器大规模并行系统中的任务分配问题及算法

对基于多核处理器的大规模并行系统中的任务分配问题进行了分析讨论,在此基础上建立了任务分配模型,并提出一种基于迭代的任务分配算法,该算法分为两轮操作,分别完成进程到处理节点和进程内线程到处理器核的分配,每轮操作经过带回溯的多次迭代处理,最终得到任务关系图的划分.实验数据表明该算法能在较短时间内求得近优解,并且当线程个数增大时,算法的求解时间远小于遗传算法.     

高实时性异构多核处理器任务调度算法

在异构多核处理器条件下,Min-Min算法调度性能较好但在系统实时响应方面存在不足。最小空闲时间优先调度算法(LSF)、最早截止时间优先调度算法(EDF)和最大价值优先调度算法(HVF)虽然在系统任务调度响应实时性方面表现优异,但却不适用于异构多核处理器环境。为此,提出一种高实时性任务调度算法HRSA。在Min-Min调度算法的基础上融合LSF,EDF,HVF算法的调度策略,将任务能耗、任务完成价值和任务响应比相结合,在实现异构多核处理器任务动态调度的同时缩短系统对高实时性任务的响应时间。实验结果表明,相对于EDF算法和Min-Min算法,HRSA算法消耗单位能量所带来的价值较高,对高实时性任务处理的响应时间较短。     

面向异构多核处理器的的循环分块

将OpenACC编程模型用于异构多核处理器时,由于异构多核处理器加速设备内存有限,操作大量数据的代码不能获得很好的加速。针对这一问题,在OpenACC中引入循环分块子句,对循环进行分块处理,使每个循环块使用的数据能够存储在设备内存中;提出面向异构多核处理器的循环分块子句生成算法,并在基于Open64的"源-源"自动并行化系统Auto-ACC中进行实现。测试结果表明,在异构多核处理器上,扩展的循环分块子句及所提生成算法能够对程序进行明显的加速。     

面向异构多核处理器的并行代价模型

现有的并行代价模型大多是面向共享存储或分布存储结构设计的,不完全适合异构多核处理器。为解决这个问题,提出了面向异构多核处理器的并行代价模型,通过定量刻画计算核心运算能力、存储访问延迟和数据传输开销对循环并行执行时间的影响,提高加速并行循环识别的准确性。实验结果表明,提出的并行代价模型能有效识别加速并行循环,将其识别结果作为后端生成并行代码的依据,可有效提高并行程序在异构多核处理器上的性能。     

基于异构多核处理器的媒体资源服务器

随着彩铃、IVR等多媒体增值业务需求的增加,电信网络中媒体资源服务器的多媒体并发处理能力逐渐成为这些增值业务发展的主要制约瓶颈。该文在分析媒体资源服务器特性的基础上,提出一种基于异构多核微处理器架构的媒体资源服务器的解决方案,探讨媒体资源服务器在该多核架构下的设计及媒体处理的性能优化,并进行相关测试。仿真测试结果表明,该设计可以获得高于现有通用处理器平台下媒体资源服务器2倍~4倍的性能表现。     

基于麻雀搜索算法的异构多核处理器任务调度

为满足应用程序的多样性需求,提高异构多核环境下的任务调度效率,基于麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm, SSA),提出一种新的异构多核处理器任务调度算法。该问题是以执行任务完成的时间最短为目标,并使用SSA对其优化。根据任务优先权规则,设计任务分配编码方案,将麻雀搜索空间映射到离散空间,使麻雀搜索算法更能适用于离散的异构多核任务调度问题研究上。实验表明,SSA寻优能力强、收敛速度快、性能好。与目前应用广泛的GA和IPSO相比较,其执行时间分别缩短21.48%和17.52%。在异构多核处理器任务调度领域中具有良好的研究意义,应用前景十分广泛。     

异构多核Zynq处理器的伺服控制系统设计

本文介绍了基于Zynq的伺服控制系统设计,以ZYBO板为核心,以基于Xilinx工具的软硬件协同设计为开发方法,结合ARM和FPGA各自的优势,对软硬件进行了明确划分,Zynq片内FPGA端完成运动控制,ARM端完成视频监控等功能,ARM和FPGA通过片内AXI总线完成数据快速交换,实现了伺服系统的精确、快速控制,并使运动过程具有良好的可视性.     

面向动态异构多核处理器的公平调度算法

动态异构多核处理器的处理器核可动态调整的特征给操作系统调度算法带来了新的机遇和挑战.利用处理器核动态可调整的特征能更好地适应不同任务的运行需求,带来巨大的性能优化空间.然而也带来新的代价和更复杂的公平性的计算.为了解决面向动态异构多核处理器结构上的公平性调度问题,提出了一个基于集中式运行队列的调度模型,以降低调度算法在动态处理器核变化所带来的维护开销.并重新思考在动态异构处理器结构下公平性的定义,基于原有CFS调度算法提出新的HFS调度算法.HFS调度算法不仅能简单而有效地利用动态异构多核处理器的性能优势,而且能提供在动态异构多核处理器上的公平性调度.通过模拟SCMP,ACMP,DHCMP平台,证明了提出的HFS调度算法能够很好地发挥DHCMP结构的性能特征,比运行目前主流调度算法的SCMP和ACMP结构提升10.55%的用户级性能(ANTT),14.24%的系统吞吐率(WSU).     

基于ZYNQ异构多核处理器的人体动作识别系统

以ZYNQ异构多核处理器为实现平台,采用HLS设计方法学对运动特征提取算法进行了FPGA硬件加速,达到了1080P 60 fps的计算能力.采用K-means对运动特征聚类,再生成高维向量,用SVM分类器进行分类和识别.最终,通过高效的系统结构和硬件加速电路实现了算法的加速.系统最终采用基于Linux和QT框架的人机交互方式,支持在线学习、创建动作库的功能.     

多无人机分布式协同异构任务分配

研究异构无人机对不同类型目标执行侦察、打击和评估任务的协同任务分配问题.采用信息论中熵的变化量对侦察与评估任务中所获取的信息量进行度量,将无人机对不同类型目标的打击能力抽象为对目标的毁伤概率,并考虑各个任务之间的相互关联,建立异构多无人机协同任务分配模型.设计了基于相邻局部通信的分布式拍卖算法,实现了多无人机协同任务分配问题的优化求解.仿真结果表明了所建模型的合理性和求解方法的有效性.     

一种异构多核处理器嵌入式实时操作系统构架设计

由于异构多核处理器和多处理器系统及同构多核处理器的构架存在很大差别,应用于多处理器系统的分布式结构以及应用于同构多核系统的主从式结构操作系统不能解决异构多核处理器的实时调度和效率问题。对异构多核处理器的特点及发展趋势进行了研究,提出了一种适用异构多核处理器的多主模式实时操作系统构架。这种构架将通信总线中的多主模式引入多核操作系统构架中,采用对称式结构及组件模式设计操作系统模型,使多核处理器中每个内核都可以作为主核实现对资源、任务的实时管理,提高系统性能,同时可以解决主从式操作系统存在的由于处理器核增多而带来的主内核不能满足系统性能要求的瓶颈问题。通过这种单一构架模型可以进行灵活配置,以适应不同结构及功能要求的处理器内核,降低操作系统开发难度。     

一种异构多核处理器启发式综合任务调度算法

针对现有异构多核处理器(CMP)任务调度算法中存在的优先级排序机制不健全、任务调度效率不高的问题,提出一种基于启发式的综合任务调度算法。该算法以表调度为基础,面向平台异构性和依赖任务特性,给出一种按照加权优先级构造任务调度列表的方式。在此基础上,采用多任务复制技术减少核间依赖任务的通信时延,提早任务的最早开始时间,并在任务分配阶段采取区间插入的方式将任务分配到合适的处理器内核上执行,以提高处理器资源利用率。设计模拟实验对该算法性能和已有的2个较为高效的启发式任务调度算法进行对比实验,结果证明该算法能有效提升任务调度性能。     

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。     

基于机器学习的异构多核处理器系统在线映射方法

异构多核处理器（HMPs）平台已成为现代嵌入式系统的主流解决方案，其中在线映射或调度对充分发挥其高性能和低功耗的优势起着至关重要的作用。针对HMPs的应用任务动态映射问题，提出了一种基于机器学习预测模型的在线映射调度解决方案。一方面，构建了一个可以快速高效地预测和评估不同映射方案性能的机器学习模型，为在线调度提供支持；另一方面，将该机器学习模型整合到遗传算法中以高效地找到（接近）最优的资源分配方案。最后，通过一个M-JPEG解码器验证了所提方法的有效性。实验结果表明，该方法的平均执行时间相较于常见的轮询调度和抽样调度方法分别降低了28%和19%左右。     

混合粒子群算法的异构多核处理器间任务调度

针对异构多核处理器间的任务调度问题,为了更好地发挥异构多核处理器间的平台优势,提出一种基于将有关联的且不在同一处理器上的任务进行复制的思想,从而使每个异构多核的处理器能独立执行任务,来减少不同处理器之间的通信开销,并且通过混合粒子群算法(HPSO)来调度异构多核处理器中的任务,避免由于当任意一个异构多核处理器由于任务分配过多而导致计算机不能及时且准确地得出结果.最后实验证明,对比传统的启发式分配方案和常见的遗传算法(GA),基于任务复制思想分配方案和混合粒子群算法(HPSO)具有更好的求解能力,并且可以提供执行时间更少的调度分配方案,具有较好的应用价值.