[发明专利]嵌入式异构多核处理器上基于用户描述的程序设计方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及异构多核处理器并行化编程领域，特别是一种嵌入式异构多核处理器上基于用户描述的程序设计方法。 

背景技术

集成电路工艺的不断进步以及处理器体系的发展，使不同结构、功能、地位、功耗及运算性能的多个核心集成于一个芯片形成异构多处理器片上系统（Heterogeneous Multi-processor System-on-chips，HMPSoCs），通过其上应用程序的并行执行获得较高的执行效率，满足了消费类电子产品和网络多媒体等领域在高性能、实时性、成本及功耗的需求，成为嵌入式系统设计的主流体系结构。

嵌入式异构多核处理器针对特定领域问题而设计，通常采用主从式结构，主核设计为通用处理器，用以运行操作系统，负责系统资源管理和工作负载的控制流程；多个从核设计为专用处理器，在主核控制下执行某类特殊的运算。通过任务分工和划分把不同的任务分配给各核心来处理自己擅长的任务，实现了资源的最佳化配置。

典型的嵌入式异构多核处理器如：Sony，Toshiba和IBM研发的Cell BE以高效率、低功耗处理下一代宽带多媒体与图形应用；TI发布的OMAP广泛应用于智能手机和掌上电脑等嵌入式产品，还有STMicroelectronics的Nomadik，以及ATMEL的DIOPSIS芯片等。

异构多核技术的出现为片上系统在多核时代的发展和摩尔定律的突破带来新的方向，但其滞后于硬件发展的软件支撑技术对应用开发和系统设计提出挑战，如何简易、高效地为HMPSoCs开发并行程序是首要解决的问题。

目前并行开发的三种途径：（1）程序员显式使用并行编程技术开发应用程序，因受限于现有语言、平台的局限性和求解问题的复杂性，没能得以推广；（2）隐式并行性开发。依赖于并行编译器自动或半自动将串行程序并行化，并行编译器开发困难且并行性效率不高；（3）高性能领域的OpenMP、MPI并行程序库。考虑嵌入式HMPSoCs的单边异构结构模式及在存储、实时性和功耗等方面的严苛要求，而且不同领域多核架构的复杂灵活性，开发并行程序设计语言、并行编译器、移植并行程序库等传统方法并不适合解决嵌入式HMPSoCs的多核并行编程和编译。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利200510026587.4提供一种基于元任务的用户指导的串行应用问题半自动并行化方法，该方法将基于面向对象串行Java代码经用户引导并行化过程后，转换成基于消息传递（MPI）的并行程序。专利200610117051.8提供一种面向串行程序代码量大的领域的半自动并行化方法，通过用户交互界面，实现串行程序向并行程序源到源转换。但是这些方法都是面向于集群高性能计算领域的并行应用，并未在嵌入式领域适用或提出有效解决之道。 

发明内容

本发明的目的在于克服传统并行程序设计的复杂性，提供一种嵌入式异构多核处理器上基于用户描述的程序设计方法。

为达到上述目的，本发明的构思如下：

用户通过图形界面配置向导进行异构多核处理器平台和任务的描述，并行模式设定，基元任务创建和登记，任务关系图（DAG）生成以及基元任务在异构多核处理器的静态分配，实现将处理器平台特性、并行的需求及任务指派以配置文件的形式（XML）表达出来。然后将并行解析配置文件后的基元任务嵌入异构多核框架代码相应任务标签处，构造相应的串行源程序，经调用串行编译工具，最终生成异构多核处理器上可执行代码。

根据上述构思，本发明通过以下技术方案实现，本发明具体操作步骤如下：

1．分析并行化

分析领域问题中的应用需求并抽象出问题框架，考察是否适合并行化处理，是否可分解为一系列较小范围的可同时计算的不同功能任务，进而确定任务间依赖的并行模式。嵌入式异构多核的主-从式体系架构可支持应用上任务播种、流水、分治等多种并行计算模式的需求。

2．异构多核处理器平台描述

描述包括异构核的种类、指令集、数目、运行频率、存储空间以及各核适应的编译工具链等内容。

3．并行子任务描述

描述包括任务号、任务名、任务保存的路径、任务负载大小、任务采用的语言、任务类型、任务传递的参数、任务间依赖关系等内容。

4．基元任务创建

把确定了最佳指派核，负载相当且粒度适中的子任务定义为基元任务。基元任务间数据相关性是数据输入和输出等，无相关性的多个基元任务可在不同核上并行执行。支持任务间通信方式提供有信号灯、消息队列、共享存储区等手段；基元任务经任务描述器创建后登记到基元库。