关键词： VME总线   DMA   接口逻辑   TI   C6X  

摘要： 提出了一种基于地址映射的TI C6X系列处理器与VME64总线接口的DMA实现方法。设计了基于DMA方式的TMS320C6X DSP各VME64接口互连逻辑,所有模块均采用VHDL语言进行设计,并在FPGA上实现。实验和工程实践证明,采用DMA方式的设计方案比采用直接读写HPI口的方案访问速度快4倍以上。

关键词： 微处理器芯片   多处理器   可重构处理器   多媒体系统   离散余弦变换   绝对误差和  

摘要： 采用阵列处理器的设计方法,提出了一种基于单指令多数据技术的可重构处理器.通过在ReMAP原型芯片实现二维离散余弦变换算法,重新设计乘法累加器、增加局部数据寄存器、增加处理单元间共享寄存器和分层次传输处理单元内数据,提出优化的ReMAP架构,并在现场可编程门阵列上完成功能验证.在Re-MAP架构上实现二维离散余弦变换以及绝对误差和的结果表明,优化的ReMAP架构支持多个算术逻辑单元,充分利用媒体算法的内在并行性,获得了较高的性能加速比.ReMAP架构的可扩展性可进一步提高性能加速比,满足媒体处理的应用.

关键词： 异质性多处理器系统   异质多核心系统   嵌入式系统   即时系统   低耗能   电压设定  

摘要： 一个异质性多处理器系统(Heterogeneous Multi-processor System)是由多个异质性的处理器所构成，因为每一个处理器有不同的运算能力，使此种系统架构可以处理许多形式的应用，而被大量采用于嵌入式系统中。然而，大部分的嵌入式系统都有即时性与低耗能的要求，所以，在进行工作排程时，必须考虑每一个工作在不同处理器上的执行时间与耗能。目前大部分低耗能即时排程演算法，都假设处理器有数个固定的速度等级，且每一个等级的速度值为已知，此种假设，在工作量(Workload)为固定且已知的情况下，无法达到最佳的省电效果。因此，近来有一些研究开始讨论如何根据已知的工作量，来决定处理器速度等级数目，及每一个等级的电压(速度)，以达最佳省电效果，此类问题称为电压设定问题。在本研究中，我们根据已知的工作量，为每一个处理器设定一个最佳工作电压(速度)，使系统可以在满足即时性的要求下，达到最大的省电效果。据我们所知，本研究为文献上第一个针对异质性多处理器系统单电压设定问题提出最佳解，我们将该问题建模成一个非线性最佳化问题，并证明其为一个NP-Hard问题，同时，我们提出一个消去式演算法(Pruning-Based Algorithm)求得最佳解，并提出一个启发式演算法(Heuristic Algorithm) 求得一个近似解。在实验中，我们模拟了超过三十个商用的微处理器，并透过大规模的测试来评估我们的方法，结果显示，我们的消去式演算法，比穷举法至少减少98%的时间，同时，我们的启发式演算法也比现有其他演算法可得更低的耗能。

关键词： 多核心   嵌入式作業系統   MicroC/OS-II   工作遷移   排程  

摘要： 在现代系统越来越强调大量运算、多媒体的整合和稳固的通讯功能，单核心处理器已不敷需求。目前普遍的解决方法是透过多颗核心处理器来满足大量运算的需求，而多颗核心处理器的使用也越来越普遍。在多核心中，尤其是异质型的多核心处理器更为热门，因为把不同的工作适当分配给异质型处理器中不同类型的处理器可以达到更好的处理器利用度。不只是在个人电脑，在嵌入式系统中，多颗核心处理器也越来越受欢迎，其低功率、低耗能和高效能更为符合嵌入式系统的需求。所以在目前多核心的研究中，如何有效的利用每颗处理器变成一个热门的议题。在此篇论文中，我们在多核心中搭载了多个核心 (MicroC/OS-II)，并且实作了核心间的行程搬移机制(migration mechanism)，打破了MicroC/OS-II常有的在不同核心中应用程式之不可分享性，使得各个核心中的应用程式可以互相分享执行。并在最後，我们实作了一套排程的政策(scheduling policy)来验证我们的行程搬移机制的有效性并且评估了此政策对整个系统效能的提升。并且在实验中我们评估的结果可以使系统效率提升19%。

关键词： 软件性能   数据采集   多处理器   并行计算  

摘要： 随着科学技术的发展，许多生产和科学研究领域对计算机的计算能力要求越来越高，传统的单处理器系统受散热问题和制造工艺等因素的影响已达到性能瓶颈，处理器体系结构开始向多核心处理器和多处理器的方向发展。多核处理器和多处理器都必须依靠并行计算来发挥其计算优势，不同的是多核处理器环境下，数据的交换是在同一个系统中通过共享系统内存实现，而多处理器则是通过网络进行数据交换，多处理器的可扩展性相对要优于多核处理器，而网络延时使得多处理器要比多核处理器付出的额外开销要大一些，总体来说这两种技术差异不大，只要略做调整就可以实现两种不同平台之间软件的相互移植。相对于串行计算而言，并行计算涉及到的硬件更多，对算法的效率要求也相对更高，因此在多处理器环境下分析并行计算软件的性能也就显得更加重要。\n 在以往的并行程序开发中，程序源代码经过编译链接生成可执行二进制代码后其执行时序和处理逻辑就固定了，用户若要获取程序的性能数据必须先停止正在运行的程序，在程序源代码里面手动添加相关代码，然后重新编译链接和执行才能获得程序的性能数据。本文介绍了一种在多处理器环境下有别于常规的对并行软件进行性能数据采集和分析的方法，该方法可以在不需要改动并行程序源代码的条件下将性能采集代码插入到正在运行的并行程序中，动态的获取到用户指定的程序中的某个算法的性能数据。本文的工作重点为实现多处理器环境下对并行软件性能的动态获取和实时反馈，文章首先阐述了如何在Linux环境下使用应用程序性能接口(PAPI)读取硬件性能计数器(HPM)中记录的软件性能数据，根据得到的性能数据分析程序的性能和给出优化软件性能的建议；然后分析了在多处理器环境下结合MPI和PAPI采集并行程序的性能数据，借助于并行软件动态指令插入接口Paradyn，在不修改并行程序源代码和重新编译并行程序的条件下将PAPI的采集代码动态插入到已编译好的进制可执行文件中，可以在不影响原并行程序运行逻辑的情况下，对并行软件的性能数据进行采集；最后结合Paradyn、PAPI、MPI、GTK等技术开发了在多处理环境下动态获取并行程序性能数据的性能监控软件ParaPerf-monitor，该软件实现了动态插入PAPI采集代码获取并行程序的性能数据并以图形的方式反馈给用户。

关键词： 即時   制式   多處理器   最佳   線上   演算法   排程  

摘要： Scheduling periodic tasks on multiprocessor platform in a hard-real-time environment is one of the fundamental problems in computer science. In this thesis, we consider the problem of on-line scheduling a set of n independent periodic tasks on m uniform processors. We present an optimal scheduling algorithm in the sense that the algorithm is able to schedule any feasible set to meet all deadlines. From previous works, the optimal algorithm gave an O(n) bound for number of task migration and an O(n lg n) bound for time complexity on each rescheduling. But for our algorithm, we reduce both number of task migration and time complexity to O(1) and O(lg n) respectively. Our algorithmalso guarantees minimal schedule length for scheduling non-periodic tasks on uniform multiprocessors.

关键词： 多处理器   剑杆织机   控制系统   经纱张力   模糊-PI并联控制  

摘要： 目前国内针对高档剑杆织机的控制系统尚无成功的商业应用实例,开发高档织机控制系统已是当前纺织机械行业的迫切需求。 课题研发一个基于多处理器的剑杆织机控制系统,控制剑杆织机的各个机构协同动作,实现织造功能。控制系统采用一个上位机、五个下位机的系统结构,中间以现场总线RS-485连接。上位机运行织机操作软件,实现人机交互功能;五个下位分别控制织机各运动机构,实现织机动作的实时、协同控制。 论文分别介绍了上位机及各个下位机的结构,实现的工艺功能以具体的电路设计方法;研究了织造过程中经纱张力的控制方法,提出了较为实用的基于模糊—PI并联控制的经纱张力控制算法,并成功应用;同时介绍了RS-485总线的应用细节和一些微机系统抗干扰的实用方法。 本课题受浙江省重点自然科学基金(项目编号Z1090423)资助,研发的控制系统为高档剑杆织机的配套产品。课题的成功实施可填补国内技术空白,提高剑杆织机的自动化和智能化水平,促进我国纺织工业技术水平的提高与产业的转型升级。

关键词： 多处理器   SMP   Linux进程调度   完全公平调度   调度优化  

摘要： 随着超线程和多核等新兴技术不断涌现,当前的SMP系统硬件结构更加复杂,系统硬件性能也更加强劲,随之而来的问题是:传统的SMP操作系统已不能充分发挥现代SMP硬件系统性能,为了适应当前硬件技术的这种变化,我们有必要在研究传统SMP系统的基础上,对操作系统中那些不适应的部分加以改进或用新的算法替换,从而使软件系统能最大限度地发掘硬件系统的潜在性能。 本论文首先介绍了课题研究背景和研究意义,简要阐述了目前在单个处理器物理封装中实现多个进程或线程并行执行的两大主流技术:同时多线程技术(Simultaneous Multi-Threading,SMT)和多核技术(Chip Multi-Processor,CMP),另外论文还概要介绍了Linux操作系统以及该系统在研究smp系统调度时的重要作用。其次,论文剖析了经典的smp系统组织结构以及各种操作系统中常用的一些经典进程调度算法,这些硬件架构知识和软件概念都为我们后面研究smp操作系统进程调度算法打下了坚实基础。接下来论文将理论联系实际,以最新版本的Linux内核作为研究对象,详细剖析了它的进程调度系统。当前的Linux内核采用了一种全新的名为完全公平调度(Completely Fair Schedule,CFS)的进程调度策略,为了能够理解CFS的调度原理以及它对smp系统的相关支持,论文在详细介绍CFS调度原理的同时,剖析了对应的CFS调度源代码。论文最后章节总结了影响smp调度系统性能的几大关键因素,并分析了我们在设计smp调度系统时应注意的设计要点,以这些理论分析为基础,论文提出了一个高效的smp调度系统模型。 在前面章节理论分析的前提下,论文还以一个针对Linux内核的smp系统进程调度优化作为结尾,介绍了我们应当如何对smp调度系统优化进行思考以及在有了优化方案后如何把方案应用于实践并做出实验及验证分析。

关键词： 嵌入式系统   多处理器系统芯片   便签式存储器   性能优化  

摘要： 嵌入式系统三十多年来得到了广泛的应用,芯片集成度越来越高,片上多处理器芯片(MPSoC)技术取得较快的发展,一方面,嵌入式处理器能够提供日益强大的处理能力,另一方面存储技术发展缓慢,存储子系统已经成为影响系统性能的瓶颈。 通过采用适当的任务调度算法提高程序的并行度以及利用高速的片上存储器提升系统的性能都是目前研究的重点之一。片上存储器用作便签式存储器SPM(Scratch Pad Memory)相比缓存(Cache)具有低能耗、更好的实时性保证和占用更少的片上面积等优点[1,2],现在很多MPSoc上已经集成了SPM。 目前对SPM的研究主要分为静态和动态两种管理策略;静态的管理策略选取需要存入SPM中的数据或程序子集后,在程序的执行阶段,SPM中的内容不再发生变化;而动态的策略在程序的运行过程中不断调整SPM中的内容来充分的提高系统的性能和降低能耗;然而目前这些研究几乎都只针对单处理器架构,多处理器上的SPM研究相对较少,其任务并行的特点使得SPM的管理变得异常困难。 面向MPSoC架构,本文提出了一种动静态结合的SPM管理策略。首先采用集成的任务调度、SPM划分和数据分配策略进行SPM在各个处理器间的弹性地划分和全局变量的分配,因为局部变量只会由相应的处理器独自访问,所以采用局部动态的思想,在各个处理器上依据贪心算法考虑将合适的局部变量分配到空余的SPM中,或者直接替换全局变量,这样,通过充分的提高SPM的利用率来减少访问外存的次数,提升系统的性能。 采用基准测试用例Mibench,实验数据表明,该动静态结合的分配策略能够有效的减少程序的运行时间。 本研究针对MPSoC架构,通过基于SPM的优化,提升了嵌入式系统的性能,将推动SPM在嵌入式系统中的进一步发展和研究。

关键词： 虚拟化   Intel VT   内核架构   内核实现   多处理器  

摘要： 随着硬件资源的不断丰富,性能的不断提升,虚拟化技术在计算机领域里的应用也越来越普及,最开始的虚拟化技术一直只使用于服务器领域中,但是随着硬件辅助虚拟化技术的发展,如Intel VT, AMD SVM等硬件辅助虚拟化技术的出现,虚拟化技术开始逐步向个人计算机应用发展。同时企业也越来越热衷于虚拟化技术的运用,因为虚拟化技术可以帮助企业进行计算资源的整合,节约管理成本,同时增强服务的可靠性。 而硬件虚拟化技术与软件虚拟化技术相比,比软件虚拟化技术更加有效率,更加稳定可靠,Intel VT为X86平台上的虚拟化的实现提供了更好的方式,提供了对特权指令,特权操作的完美捕获机制,并且为保存虚拟机内核和客户系统的状态信息在内存中保留了专门的区域,这样便更好的实现了客户系统之间的隔离,并且Intel VT增加了几条新的指令,以方便虚拟机内核更高效,快捷的管理,调度客户系统。虽然目前的虚拟化软件如Vmware, VirtualBox, Xen等也支持硬件辅助虚拟化技术,但是它们通常都是为桌面操作系统设计的,所以并未对实时系统进行良好的支持,这便是我们要实现的目标。 我们在基于Intel VT硬件辅助虚拟化的支持上,开发属于自己的虚拟机内核,我们的虚拟机内核的目标是为了更好的支持嵌入式操作系统,提高其可靠性和安全性,同时也要能支持全虚拟化的客户系统。 基于Intel VT硬件虚拟机的内核开发内容主要包括：X86硬件平台的支持,处理器环境的初始化,物理内存管理,线性地址管理,客户系统加载,客户系统管理,虚拟CPU调度,指令模拟,外设模拟,中断异常管理等内容,其中虚拟CPU调度我们加入了对实时系统的支持,中断和异常管理也是加入了对实时系统的支持,在虚拟CPU和中断,异常分发上保证了实时系统的实时性。并且我们隔离了各个客户系统,以保证客户系统的安全性,完整性。 我们的硬件辅助虚拟机内核是对现有市场上虚拟化技术的一个补充,让虚拟化技术延伸到了嵌入式实时系统的领域。