本文關鍵詞：多核協(xié)同計算平臺的研究與實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：現(xiàn)代處理器架構的關注重點已經(jīng)從增加時鐘速度轉移到增加處理器核的數(shù)量,多核處理器已逐漸取代單核處理器,成為提高處理器性能的主要途徑。從處理器核的結構來看,多核處理器分為同構多核和異構多核處理器。同構多核處理器即芯片中的多個內(nèi)核完全相同,地位對等,可以認為是SMP架構的芯片化。異構多核處理器即芯片中的多個內(nèi)核不完全相同,地位不對等。由于異構多核內(nèi)部采用多種功能不同的內(nèi)核,各個內(nèi)核可以完成自己擅長的任務以提高整個系統(tǒng)的性能,同時滿足嵌入式應用在芯片面積、計算性能和功耗等多方面的需求,從而被大量應用于嵌入式計算領域。如何充分利用多核優(yōu)勢協(xié)同完成特定的任務成為當今研究的熱點。與傳統(tǒng)的單核平臺不同,多核平臺可能在不同的處理器核上運行不同的操作系統(tǒng),需要不同的編譯器以及不同的編程模式,這就為多核間的軟件接口和信息交互帶來了困難。本文在調(diào)研了多個多核協(xié)同計算平臺的基礎上,針對嵌入式實時應用,在PB11MPCore同構四核開發(fā)板上實現(xiàn)了一個多核協(xié)同計算平臺DualOSCCP。為了便于系統(tǒng)移植,DualOSCCP采用異構多核平臺的設計思想,將PB11MPCore當做異構多核平臺,即將CPU0與其余三核CPU1-3看作不同的處理器核,構建了一個雙操作系統(tǒng)異構環(huán)境,CPU0運行的是ARM Linux,其他三核以SMP方式運行aCoral。aCoral是一個輕量級的實時操作系統(tǒng),執(zhí)行效率高,能保證任務實時完成。Linux和aCoral使用不同的編譯器編譯,在兩個不同操作系統(tǒng)上運行的程序需要分別編寫并編譯,增強了DualOSCCP在異構核上的可移植性,比如在ARM+DSP異構平臺,ARM和DSP使用不同的編譯器,將aCoral移植到DSP里面后,DualOSCCP也能輕易移植到該平臺。對于不同類型的任務,DualOSCCP可以有選擇地將其分配在不同操作系統(tǒng)上運行,比如單個IO型任務可選擇在Linux上執(zhí)行,而對于多個實時性要求較高的計算型任務可選擇在aCoral上并行執(zhí)行,這樣能使系統(tǒng)的整體性能得到較大提升。
【關鍵詞】：嵌入式 多核 協(xié)同計算 雙操作系統(tǒng)
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TP332
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 研究背景11-13
• 1.1.1 多核技術11-12
• 1.1.2 多核協(xié)同計算12-13
• 1.2 研究現(xiàn)狀13-21
• 1.2.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.1.1 國外研究現(xiàn)狀13
• 1.2.1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.1.3 異構混合平臺研究14-15
• 1.2.2 典型的異構多核處理器平臺15-20
• 1.2.3 多核協(xié)同計算帶來的挑戰(zhàn)20-21
• 1.3 研究與實現(xiàn)的意義21
• 1.4 論文的主要工作21-22
• 1.5 論文的組織結構22-23
• 第二章 DualOSCCP總體設計23-30
• 2.1 硬件環(huán)境23-25
• 2.1.1 PB11MPCore開發(fā)板23-24
• 2.1.2 ARM11MPCore處理器24-25
• 2.2 軟件設計25-28
• 2.2.1 ARM Linux和aCoral25-26
• 2.2.2 DualOSCCP的設計目標26-27
• 2.2.3 DualOSCCP的總體架構27-28
• 2.3 平臺特色28-29
• 2.3.1 雙操作系統(tǒng)28
• 2.3.2 實時性28-29
• 2.3.3 可移植性29
• 2.4 本章小結29-30
• 第三章 雙操作系統(tǒng)的移植與啟動30-58
• 3.1 開發(fā)環(huán)境的搭建30-34
• 3.1.1 交叉編譯環(huán)境30-32
• 3.1.2 Minicom配置32
• 3.1.3 NFS文件系統(tǒng)32-33
• 3.1.4 TFTP服務器33-34
• 3.1.5 開發(fā)板的調(diào)試器配置34
• 3.2 面臨的困難34-39
• 3.2.1 地址空間分配35
• 3.2.2 資源分配和中斷綁定35-36
• 3.2.3 共享內(nèi)存36-37
• 3.2.4 核間中斷37-38
• 3.2.5 任務調(diào)度與負載均衡38-39
• 3.3 移植ARM Linux39-42
• 3.3.1 未經(jīng)修改的ARM Linux啟動流程39-41
• 3.3.2 改造ARM Linux41-42
• 3.4 移植aCoral42-46
• 3.4.1 未經(jīng)修改的aCoral啟動流程43
• 3.4.2 改造aCoral43-46
• 3.4.2.1 修改啟動部分43-44
• 3.4.2.2 修改時鐘44-45
• 3.4.2.3 修改多核調(diào)度部分45
• 3.4.2.4 修改激活部分45-46
• 3.5 驅動模塊acoral_link46-54
• 3.5.1 字符設備46-49
• 3.5.2 加載aCoral鏡像49-50
• 3.5.3 激活從核運行50
• 3.5.4 初始化共享內(nèi)存50-51
• 3.5.5 多任務并發(fā)控制51-54
• 3.6 啟動雙操作系統(tǒng)54-57
• 3.6.1 啟動Linux55
• 3.6.2 加載aCoral_link55-56
• 3.6.3 啟動aCoral56-57
• 3.7 本章小結57-58
• 第四章 DualOSCCP多核協(xié)同計算58-63
• 4.1 平臺針對特定應用58
• 4.2 應用程序開發(fā)模型58-60
• 4.3 應用程序執(zhí)行流程60-62
• 4.4 本章小結62-63
• 第五章 測試與分析63-70
• 5.1 測試環(huán)境63
• 5.2 功能測試63-66
• 5.2.1 DualOSCCP啟動并運行63-64
• 5.2.2 Linux上單獨運行應用程序64
• 5.2.3 DualOSCCP多核協(xié)同計算64-65
• 5.2.4 多任務并發(fā)執(zhí)行65-66
• 5.3 性能測試66-69
• 5.3.1 對DualOSCCP自身性能測試66-67
• 5.3.1.1 DualOSCCP啟動時間66-67
• 5.3.1.2 雙系統(tǒng)間通信開銷67
• 5.3.2 對比測試67-69
• 5.4 本章小結69-70
• 第六章 全文總結與展望70-72
• 6.1 全文總結70
• 6.2 后續(xù)工作展望70-72
• 致謝72-73
• 參考文獻73-77
• 攻讀碩士學位期間取得的成果77-78

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本文編號：394054