基于NoC的分布式多核系統(tǒng)編程模型實(shí)現(xiàn).pdf

1、多核技術(shù)使處理器性能的持續(xù)增長(zhǎng)及功耗瓶頸的突破成為可能，而片上網(wǎng)絡(luò)為多核系統(tǒng)提供了優(yōu)良的通信架構(gòu)，保證了多核規(guī)模及復(fù)雜性的持續(xù)提升。然而，這樣的架構(gòu)不過是解決最終問題的基礎(chǔ)，更重要的是如何讓用戶有效地利用該系統(tǒng)，獲得多核帶來的性能提升，這便依賴于良好的并行編程模型。
　　在分析傳統(tǒng)多核設(shè)計(jì)流程缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，本文提出了一個(gè)優(yōu)化的多核設(shè)計(jì)流程，通過將并行編程步驟獨(dú)立于反復(fù)的多核設(shè)計(jì)探索過程，達(dá)到了減輕程序員的編程負(fù)擔(dān)、提高設(shè)計(jì)效率的目

2、的。為了實(shí)現(xiàn)該流程，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)靈活的多核編程模型——多核消息傳遞接口（MPSoC Message Passing Interface，MMPI）。該模型以良好的可移植性、可擴(kuò)展性以及低模型開發(fā)復(fù)雜度及開銷為目標(biāo)，采用基于API語(yǔ)言擴(kuò)展方式的消息傳遞型并行程序編寫模式，定義了一種基于映射文件的系統(tǒng)初始化方法以及一種分層結(jié)構(gòu)的通信協(xié)議棧，通過將并行程序解耦合于映射結(jié)果及底層硬件結(jié)構(gòu)，達(dá)到提高軟件設(shè)計(jì)效率的目的。
　　隨后本文在一個(gè)

3、多核全系統(tǒng)仿真平臺(tái)上通過組織軟、硬件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了基于MMPI的編程、通信系統(tǒng)，最終提供給程序員一個(gè)包含豐富的通信和同步API、具有良好的可擴(kuò)展性和可移植性的消息傳遞函數(shù)庫(kù)。以提高系統(tǒng)性能及資源利用率為目標(biāo)，引入了混合任務(wù)并行機(jī)制，定義了適于多核架構(gòu)的通信模式，并為亂序問題提出了一種低開銷的解決策略，減輕了程序員的編程負(fù)擔(dān)，也為編程和通信效率的提高做出了貢獻(xiàn)。之后本文對(duì)MMPI模型及其系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了性能評(píng)估，詳細(xì)分析了系統(tǒng)初始化以各種通信的

4、開銷組成及特征，指出了性能瓶頸及優(yōu)化方向，為使用MMPI模型的程序員及實(shí)現(xiàn)該模型的軟件設(shè)計(jì)者提供了指導(dǎo)性的參考。應(yīng)用并行MUSIC算法和多種規(guī)模的矩陣乘法評(píng)測(cè)了系統(tǒng)的加速比特性，分析了影響加速比提升的因素，證明多核編程模型的制定和實(shí)現(xiàn)策略對(duì)多核系統(tǒng)加速比和利用率的提升具有重要意義。
　　最后結(jié)合評(píng)估結(jié)果及多核系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用基于硬件抽象層、基于廣播算法以及分級(jí)的通信模式三種策略分別從減少數(shù)據(jù)拷貝、增加通信并行度以及減少網(wǎng)絡(luò)通信的角