如何基于多核處理器設(shè)計(jì)研究彈載嵌入式系統(tǒng) ？

為了全面挖掘多核處理器的潛力、充分利用多核處理器的優(yōu)勢，軟件設(shè)計(jì)人員必須掌握相應(yīng)的并行軟件設(shè)計(jì)技術(shù)，將彈載信息處理系統(tǒng)任務(wù)映射到各DSP內(nèi)核。任務(wù)并行是指軟件中的獨(dú)立任務(wù)同時執(zhí)行。對于一個單核處理器，各單獨(dú)任務(wù)必須共享同一個處理器;而在一個多核處理器上，各任務(wù)實(shí)質(zhì)上是相互獨(dú)立運(yùn)行，從而導(dǎo)致更高效的任務(wù)執(zhí)行。

為了將彈載信息處理系統(tǒng)映射到多核處理器，需要識別任務(wù)的并行度并相應(yīng)選擇最適宜的處理模式。彈載多核DSP系統(tǒng)的并行處理模式可采用數(shù)據(jù)流模式。數(shù)據(jù)流模式表現(xiàn)為分布式控制和執(zhí)行，處理任務(wù)依次通過如同流水線一樣的各處理階段。每個內(nèi)核使用各種算法處理一組數(shù)據(jù)，然后這些數(shù)據(jù)被傳送到另一個內(nèi)核做進(jìn)一步處理。初始內(nèi)核通常與一個輸入接口相連接，通過該接口可接收來自A/D轉(zhuǎn)換器或FPGA的待處理的初始數(shù)據(jù)。調(diào)度的觸發(fā)依賴于數(shù)據(jù)的可用性。由于彈載信息處理系統(tǒng)包含大量復(fù)雜的運(yùn)算成分和信號與信息處理算法，它們互相關(guān)聯(lián)且不可能在一個內(nèi)核上處理完成。采用該模型需要將復(fù)雜的處理任務(wù)劃分到各內(nèi)核并確保系統(tǒng)具有高數(shù)據(jù)流動速率。系統(tǒng)的組成通常需要被拆分并映射到多個內(nèi)核中，并確保處理數(shù)據(jù)有規(guī)則地流水傳送。高速數(shù)據(jù)傳輸速率要求各內(nèi)核之間具備適宜的存儲帶寬，各內(nèi)核之間數(shù)據(jù)流動是規(guī)則的，并確保數(shù)據(jù)傳送開銷低。該處理模型要求每個處理器內(nèi)核映射一個或多個任務(wù)，而各內(nèi)核之間通過消息傳遞實(shí)現(xiàn)運(yùn)行同步;各內(nèi)核之間的數(shù)據(jù)傳送通過共享存儲器或DMA方式進(jìn)行。

對于多核信息處理系統(tǒng)，完成并行任務(wù)的辯識后，任務(wù)的映射和調(diào)度也需要精心策劃。多核并行處理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)可以遵循四步處理法原則，即發(fā)現(xiàn)并行執(zhí)行的機(jī)會，其核心是定義大量的小型任務(wù)，以便得到待解決問題的高效分解;定義任務(wù)之間的信息流動和數(shù)據(jù)傳輸;確定在多核架構(gòu)上高效運(yùn)行的任務(wù)組;以及將各任務(wù)映射分配到各內(nèi)核中，確定每個任務(wù)將由哪個內(nèi)核執(zhí)行。為了提高多核系統(tǒng)軟件開發(fā)效能，開展基于嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)的軟件開發(fā)，在操作系統(tǒng)和多核軟件開發(fā)工具支持下，自動識別任務(wù)的并行性并將各處理任務(wù)映射到單個內(nèi)核，為多個實(shí)時任務(wù)合理分配資源，有效實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)進(jìn)程管理，方便多任務(wù)程序?qū)崟r調(diào)度，確保多核 DSP能夠發(fā)揮最佳系統(tǒng)性能。

3結(jié)束語

隨著DSP技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用需求的不斷提高，單片多核處理器結(jié)構(gòu)逐漸成為DSP發(fā)展的主流，單片多核處理器具有強(qiáng)大的多任務(wù)實(shí)時運(yùn)算處理能力，同時具備數(shù)據(jù)搬移、通訊、資源共享和存儲器管理等有利于并行任務(wù)執(zhí)行的豐富硬件配置，能很好地支持多任務(wù)實(shí)時并行處理。對于小尺寸、低功耗且運(yùn)算處理性能要求極高的彈載信息處理系統(tǒng)，多核DSP使得彈載雷達(dá)信息處理能夠?qū)崟r實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測識別以及目標(biāo)信息高分辨測量等復(fù)雜系統(tǒng)算法，能夠帶來性能/功耗比的大幅提升。采用多核DSP也成為彈載雷達(dá)信息處理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。對于多核DSP應(yīng)用系統(tǒng)，軟件設(shè)計(jì)是多核DSP性能能否充分發(fā)揮的系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵。對于基于多核DSP的彈載信息處理系統(tǒng)，運(yùn)用數(shù)據(jù)流處理模式將系統(tǒng)處理任務(wù)劃分映射到各處理器內(nèi)核以實(shí)現(xiàn)高效實(shí)時并行處理。在嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)和多核軟件開發(fā)工具支持下，開展基于多核DSP并行軟件開發(fā)將成為彈載信息處理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的新課題。