嵌入式多核处理器核间通信方法的设计与实现

发布时间：2017-08-30 21:11

  本文关键词：嵌入式多核处理器核间通信方法的设计与实现

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【摘要】：随着半导体制造工艺的不断进步及单核处理器暴露出来的许多局限,多核处理器成为应用需求和技术发展的必然产物。多核处理器的出现,随之带来了一些问题,其中的核间通信技术就是当今计算机体系结构中研究的热点问题。一方面,各大厂商相继纷纷提出了不同的多核处理器核间的通信标准实现,如何针对不同嵌入式平台选择合理的核间通信方案显得非常重要。另一方面,现有多核通信实现往往与硬件平台相关,存在移植性差等问题。本文针对上述问题,在规范多核通信库MCAPI标准的基础上,设计并实现了一套简单、可行、可移植到嵌入式平台的多核通信方法。该多核通信库主要是针对处理器核间的通信,相比于其他现有成熟的多核通信库如MPI等,通信延迟和内存占用更低,是更轻量级API实现。本文在设计实现过程中,首先,提出标准OpenMCAPI现存的移植性差、硬件平台特定等问题,对规范库内部使用的消息中断机制MSGRs进行详细分析;随后,提出了一套脱离实际硬件平台约束、使用不同通信机制作为底层通信方法的多核通信库的API函数集。该多核通信库在架构设计上可以分为应用层、核心层及移植层,层次化的架构设计使得库的代码实现更加清晰、便于维护。此外,多核通信库代码实现中封装了针对同构多核处理器平台与异构多核处理器平台的底层通信机制,如消息队列、共享内存结合域套接字、中断等,使得API上层接口与底层分离,实现了代码的结构化与模块化。本文在对自定义实现的嵌入式多核通信方法测试的过程中,分别进行功能和性能方面的测试。首先,针对双核X86 PC平台及四个ARM核的KeystoneII平台,对实现的面向无连接的message通信方式和面向连接的packet通信方式,从时间延迟和数据传输率两方面对核间通信进行测试,最后,与现有标准OpenMCAPI及其他APIs进行对比,实验结果显示,本文实现的多核通信库不仅能实现各种嵌入式平台下各核之间的通信,而且在性能上较标准OpenMCAPI也有一定的优势。本文实现的一套API函数集为后续软件开发人员进行多核通信提供了便捷的函数调用接口,有重要的应用价值。
【关键词】：同构/异构多核处理器 核间通信 消息队列 共享内存 延迟及传输率
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP332
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-16
• 第一章 绪论16-20
• 1.1 多核处理器架构平台的发展16-17
• 1.2 选题的背景与意义17-18
• 1.3 本文的研究内容与论文结构18-19
• 1.4 本章小结19-20
• 第二章 多核处理器核间通信方法20-32
• 2.1 核间通信的典型方法20-21
• 2.1.1 POSIX20
• 2.1.2 MPI20-21
• 2.1.3 D-Bus及LINX21
• 2.2 标准MCAPI21-26
• 2.2.1 系统模块架构21-22
• 2.2.2 域、节点和端点22-23
• 2.2.3 通信类型23-26
• 2.3 MCAPI的实现现状26-28
• 2.3.1 开源OpenMCAPI实现26
• 2.3.2 XMCAPI的实现26-27
• 2.3.3 FUNCAPI的实现27-28
• 2.3.4 Kactus2的实现28
• 2.4 现有核间通信实现存在的问题28-29
• 2.5 本章小结29-32
• 第三章 嵌入式多核处理器核间通信方法的系统设计32-56
• 3.1 基于多核通信方法现存问题的分析32-35
• 3.2 多核处理器核间通信架构35-37
• 3.3 多核处理器核间通信方法总体设计37-47
• 3.3.1 应用层38-42
• 3.3.2 核心层42-45
• 3.3.3 移植层45-47
• 3.4 同构多核处理器的核间通信机制设计47-50
• 3.4.1 消息队列47-48
• 3.4.2 共享内存48-50
• 3.5 异构多核处理器的核间通信机制设计50-54
• 3.5.1 中断结合共享内存50-52
• 3.5.2 AXI总线52-54
• 3.6 本章小结54-56
• 第四章 嵌入式多核处理器核间通信方法的系统实现56-72
• 4.1 多核处理器核间通信方法的实现范围56-57
• 4.2 多核处理器核间通信方法的架构实现57-61
• 4.2.1 不同通信类型的实现57-60
• 4.2.2 核间通信拓扑的构建60-61
• 4.3 多核处理器核间通信方法的总体实现61-70
• 4.3.1 实现总体模块61-63
• 4.3.2 核间通信过程63-69
• 4.3.3 实现特点69-70
• 4.4 本章小结70-72
• 第五章 嵌入式多核处理器核间通信方法的性能评估72-82
• 5.1 测试平台及方法介绍72-75
• 5.2 PC平台下多核通信库测试75-77
• 5.2.1 消息队列机制下性能测试75-76
• 5.2.2 共享内存机制下性能测试76-77
• 5.3 KeystoneⅡ平台下多核通信库测试77-79
• 5.3.1 消息队列机制下性能测试77-78
• 5.3.2 共享内存机制下性能测试78-79
• 5.3.3 与PC平台的比较79
• 5.4 与开源库实现性能比较79-81
• 5.5 本章小结81-82
• 第六章 总结与展望82-84
• 6.1 本文总结82
• 6.2 未来研究及发展方向82-84
• 参考文献84-88
• 致谢88-90
• 作者简介90-92

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 黄国睿;张平;魏广博;;多核处理器的关键技术及其发展趋势[J];计算机工程与设计;2009年10期

2 张国杰;张毅;;多核多线程处理器XLR732的多核间通信[J];重庆工学院学报(自然科学版);2008年10期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 杨国芳;多核处理器核间通信技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

2 谢子光;多核处理器核间通信技术研究[D];电子科技大学;2009年

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本文编号：761482