嵌入式并行计算管理中间件技术研究
发布时间：2023-01-11 07:16
目前,嵌入式系统正向分布式方向发展。同时,随着多核技术的发展,以多核处理器构成单节点的多嵌入式系统逐渐成为嵌入式并行计算发展的一个新趋势。高效可行的多嵌入式系统,需要有软件系统对多嵌入式系统进行有效管理。多核多嵌入式系统管理除了要考虑对多节点的管理,还要考虑节点内部的管理,以充分利用多核,提高系统资源利用率。本文针对部署于多嵌入式系统的基于组件的流水线并行计算场景,重点对多核多嵌入式系统管理中间件技术展开研究。以组件为基本对象,本文研究工作主要分为以下四个方面:1)对组件开发的管理。设计了一种“容器化”组件模型,完成组件配置接口、基于VSIPL的数据划分接口、基于VSIPL的算法构件库设计,最大程度规范化组件开发流程。2)对组件多核利用的管理。实现了一种基于VxWorks操作系统的多核并行编程模型,由任务池、环形队列、任务调度器、任务执行器相互协作形成并行计算子任务管理机制。3)对多组件连接的管理。完成了基于UDP广播的发布订阅式多组件连接管理模型设计,使得组件连接关系改变时,采用此模型能最小化修改组件层代码。4)对多组件运行时的管理。提出“管理组件”“本地代理管理组件”+“计算组件守...
【文章页数】：125 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 研究现状
1.2.1 多核处理器与多嵌入式系统
1.2.2 多核并行编程
1.2.3 多嵌入式系统管理
1.3 主要研究内容
1.3.1 对嵌入式组件开发的管理
1.3.2 对组件内部多核利用的管理
1.3.3 对多组件连接的管理
1.3.4 对多组件运行时管理
1.4 论文架构
1.5 本章小结
2 嵌入式并行计算技术研究
2.1 并行计算编程模型
2.1.1 MPI
2.1.2 MPI+OpenMP
2.1.3 Map/Reduce
2.1.4 并行编程模型在嵌入式平台的可行性探究
2.2 并行计算矢量库
2.2.1 VSIPL
2.2.2 VSIPL++
2.2.3 PVL
2.2.4 Intel MKL/IPP
2.3 基于组件的并行计算框架
2.3.1 层次化软件框架
2.3.2 发布者/订阅者模式
2.4 本章小结
3 多核多嵌入式系统并行计算管理框架总体设计
3.1 设计背景
3.1.1 应用场景
3.1.2 系统平台
3.2 “容器化”组件设计
3.2.1 “容器化”组件模板
3.2.2 算法构件库设计
3.2.3 组件数据划分
3.3 组件内部多核利用管理
3.3.1 多核并行编程模型
3.3.2 并行计算子任务管理机制设计
3.4 多组件连接管理
3.4.1 发布订阅“管道”连接
3.4.2 连接管理模型
3.4.3 连接建立层
3.4.4 连接管理层
3.5 多组件运行时管理
3.5.1 整体框架
3.5.2 系统监控
3.5.3 动态部署与负载均衡
3.6 本章小结
4 管理中间件的软件实现
4.1 “容器化”组件实现
4.1.1 “容器化”组件模板
4.1.2 基于VSIPL的算法构件库
4.1.3 基于VSIPL的组件数据划分
4.2 基于VxWorks的多核并行编程模型
4.2.1 模型组成与接口
4.2.2 并行计算子任务管理机制
4.2.3 任务池实现
4.2.4 组件申请队列实现
4.2.5 任务调度器实现
4.2.6 任务执行器实现
4.2.7 多任务管理与同步
4.3 发布订阅式多组件连接管理
4.3.1 基于UDP广播的发布订阅
4.3.2 同步与UDP可靠性保证
4.3.3 发布订阅式多组件连接管理流程
4.4 多组件运行时管理
4.4.1 三级主从式管理架构
4.4.2 CPU使用率实时监控
4.4.3 动态部署与负载均衡实现
4.5 本章小结
5 管理框架实验测试
5.1 测试环境
5.2 “容器化”组件实验测试
5.2.1 算法构件库实验测试
5.2.2 实验结果分析
5.3 多核并行编程模型实验测试
5.3.1 负载均衡实验
5.3.2 实验结果分析
5.4 基于Vxworks的并行计算管理机制测试
5.4.1 并行计算管理机制功能测试
5.4.2 并行计算管理机制开销测试
5.5 多组件连接管理实验测试
5.5.1 节点内组件“管道”连接测试
5.5.2 节点间组件“管道”连接测试
5.6 多组件管理实验测试
5.6.1 系统监控实验测试
5.6.2 负载均衡实验测试
5.6.3 模式切换实验测试
5.7 本章小结
6 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
作者简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]高并发集群系统下的负载均衡技术研究[J]. 张宝祥,何利力. 工业控制计算机. 2017(10)
[2]可重构雷达架构研究[J]. 丁琳琳,李路野. 信息技术与信息化. 2017(07)
[3]基于VSIPL的雷达信号处理并行计算[J]. 丁琳琳,王嘎. 信息与电脑(理论版). 2017(10)
[4]实时发布/订阅数据分发服务的模型分析[J]. 李腾,孙志刚,贾峰. 无线电工程. 2016(02)
[5]Vxworks嵌入式实时操作系统任务调度方法研究[J]. 董艳铃,常扬. 计算机与网络. 2014(10)
[6]高性能嵌入式计算几个关键问题及其研究进展[J]. 王庆,季振洲,朱素霞. 智能计算机与应用. 2013(04)
[7]任务并行编程模型研究与进展[J]. 王蕾,崔慧敏,陈莉,冯晓兵. 软件学报. 2013(01)
[8]并行计算技术综述[J]. 王磊. 信息技术. 2012(10)
[9]基于VxWorks的实时多任务软件框架设计[J]. 周俊杰,何攀峰. 国外电子测量技术. 2012(04)
[10]云计算中的并行计算技术分析[J]. 郑文武,李先绪,黄执勤. 电信科学. 2011(12)
博士论文
[1]组件化可重构嵌入式数控系统实施关键技术研究[D]. 李松.华南理工大学 2015
[2]并行与分布式计算负载均衡问题研究[D]. 杨际祥.大连理工大学 2012
[3]混合并行计算环境多级并行化编程模式的研究[D]. 武华北.天津大学 2009
硕士论文
[1]面向组件的通信中间件技术研究[D]. 王慕所.浙江大学 2017
[2]物联网任务分布式调度策略的研究[D]. 黄展智.广东工业大学 2016
[3]嵌入式多核DSP并行编程模型的设计与实现[D]. 杨瑞婕.西安电子科技大学 2015
[4]基于集群环境的作业管理中间件的研究与实现[D]. 刘杨兵.湖南大学 2014
[5]基于OpenMP的多核多线程负载均衡调度策略研究[D]. 李滋田.西安工业大学 2014
[6]一种平台无关的并行编程模型的设计与实现[D]. 李婷.中国科学技术大学 2014
[7]嵌入式多核环境下的板级支持系统设计与实现[D]. 施家琪.电子科技大学 2014
[8]基于多核嵌入式DSP的并行编程模型研究[D]. 周梦.西安电子科技大学 2014
[9]基于嵌入式多处理器的轻量级MapReduce模型研究[D]. 王剑.西安电子科技大学 2014
[10]基于ZooKeeper的分布式处理框架的研究与实现[D]. 谭玉靖.北京邮电大学 2014
本文编号：3729640
【文章页数】：125 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 研究现状
1.2.1 多核处理器与多嵌入式系统
1.2.2 多核并行编程
1.2.3 多嵌入式系统管理
1.3 主要研究内容
1.3.1 对嵌入式组件开发的管理
1.3.2 对组件内部多核利用的管理
1.3.3 对多组件连接的管理
1.3.4 对多组件运行时管理
1.4 论文架构
1.5 本章小结
2 嵌入式并行计算技术研究
2.1 并行计算编程模型
2.1.1 MPI
2.1.2 MPI+OpenMP
2.1.3 Map/Reduce
2.1.4 并行编程模型在嵌入式平台的可行性探究
2.2 并行计算矢量库
2.2.1 VSIPL
2.2.2 VSIPL++
2.2.3 PVL
2.2.4 Intel MKL/IPP
2.3 基于组件的并行计算框架
2.3.1 层次化软件框架
2.3.2 发布者/订阅者模式
2.4 本章小结
3 多核多嵌入式系统并行计算管理框架总体设计
3.1 设计背景
3.1.1 应用场景
3.1.2 系统平台
3.2 “容器化”组件设计
3.2.1 “容器化”组件模板
3.2.2 算法构件库设计
3.2.3 组件数据划分
3.3 组件内部多核利用管理
3.3.1 多核并行编程模型
3.3.2 并行计算子任务管理机制设计
3.4 多组件连接管理
3.4.1 发布订阅“管道”连接
3.4.2 连接管理模型
3.4.3 连接建立层
3.4.4 连接管理层
3.5 多组件运行时管理
3.5.1 整体框架
3.5.2 系统监控
3.5.3 动态部署与负载均衡
3.6 本章小结
4 管理中间件的软件实现
4.1 “容器化”组件实现
4.1.1 “容器化”组件模板
4.1.2 基于VSIPL的算法构件库
4.1.3 基于VSIPL的组件数据划分
4.2 基于VxWorks的多核并行编程模型
4.2.1 模型组成与接口
4.2.2 并行计算子任务管理机制
4.2.3 任务池实现
4.2.4 组件申请队列实现
4.2.5 任务调度器实现
4.2.6 任务执行器实现
4.2.7 多任务管理与同步
4.3 发布订阅式多组件连接管理
4.3.1 基于UDP广播的发布订阅
4.3.2 同步与UDP可靠性保证
4.3.3 发布订阅式多组件连接管理流程
4.4 多组件运行时管理
4.4.1 三级主从式管理架构
4.4.2 CPU使用率实时监控
4.4.3 动态部署与负载均衡实现
4.5 本章小结
5 管理框架实验测试
5.1 测试环境
5.2 “容器化”组件实验测试
5.2.1 算法构件库实验测试
5.2.2 实验结果分析
5.3 多核并行编程模型实验测试
5.3.1 负载均衡实验
5.3.2 实验结果分析
5.4 基于Vxworks的并行计算管理机制测试
5.4.1 并行计算管理机制功能测试
5.4.2 并行计算管理机制开销测试
5.5 多组件连接管理实验测试
5.5.1 节点内组件“管道”连接测试
5.5.2 节点间组件“管道”连接测试
5.6 多组件管理实验测试
5.6.1 系统监控实验测试
5.6.2 负载均衡实验测试
5.6.3 模式切换实验测试
5.7 本章小结
6 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
作者简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]高并发集群系统下的负载均衡技术研究[J]. 张宝祥,何利力. 工业控制计算机. 2017(10)
[2]可重构雷达架构研究[J]. 丁琳琳,李路野. 信息技术与信息化. 2017(07)
[3]基于VSIPL的雷达信号处理并行计算[J]. 丁琳琳,王嘎. 信息与电脑(理论版). 2017(10)
[4]实时发布/订阅数据分发服务的模型分析[J]. 李腾,孙志刚,贾峰. 无线电工程. 2016(02)
[5]Vxworks嵌入式实时操作系统任务调度方法研究[J]. 董艳铃,常扬. 计算机与网络. 2014(10)
[6]高性能嵌入式计算几个关键问题及其研究进展[J]. 王庆,季振洲,朱素霞. 智能计算机与应用. 2013(04)
[7]任务并行编程模型研究与进展[J]. 王蕾,崔慧敏,陈莉,冯晓兵. 软件学报. 2013(01)
[8]并行计算技术综述[J]. 王磊. 信息技术. 2012(10)
[9]基于VxWorks的实时多任务软件框架设计[J]. 周俊杰,何攀峰. 国外电子测量技术. 2012(04)
[10]云计算中的并行计算技术分析[J]. 郑文武,李先绪,黄执勤. 电信科学. 2011(12)
博士论文
[1]组件化可重构嵌入式数控系统实施关键技术研究[D]. 李松.华南理工大学 2015
[2]并行与分布式计算负载均衡问题研究[D]. 杨际祥.大连理工大学 2012
[3]混合并行计算环境多级并行化编程模式的研究[D]. 武华北.天津大学 2009
硕士论文
[1]面向组件的通信中间件技术研究[D]. 王慕所.浙江大学 2017
[2]物联网任务分布式调度策略的研究[D]. 黄展智.广东工业大学 2016
[3]嵌入式多核DSP并行编程模型的设计与实现[D]. 杨瑞婕.西安电子科技大学 2015
[4]基于集群环境的作业管理中间件的研究与实现[D]. 刘杨兵.湖南大学 2014
[5]基于OpenMP的多核多线程负载均衡调度策略研究[D]. 李滋田.西安工业大学 2014
[6]一种平台无关的并行编程模型的设计与实现[D]. 李婷.中国科学技术大学 2014
[7]嵌入式多核环境下的板级支持系统设计与实现[D]. 施家琪.电子科技大学 2014
[8]基于多核嵌入式DSP的并行编程模型研究[D]. 周梦.西安电子科技大学 2014
[9]基于嵌入式多处理器的轻量级MapReduce模型研究[D]. 王剑.西安电子科技大学 2014
[10]基于ZooKeeper的分布式处理框架的研究与实现[D]. 谭玉靖.北京邮电大学 2014
本文编号：3729640
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