对数据在异构多核处理器模拟器中进行任务划分的研究

论文摘要

在当今工程、办公应用中,要求微处理器的性能越来越强劲,同时对于功耗的要求也越来越苛刻,这样一个矛盾的结合体在嵌入式领域更加明显。嵌入式应用的发展要求现代微处理器具有高性能、低功耗、低成本、同时还要具有结构可扩展和设计周期短等特征。因此现代微处理器体系结构及设计方法都面临着巨大的挑战。基于此,我们对于微处理器体系结构以及任务运行的研究是很有意义的。为了在多核处理器处理应用程序时,达到更高的性能,同时尽可能低的功耗,我们对在一个处理器中的多个核之间的协同工作做了研究。在多处理器系统时代,对于许多毫不相干的任务,为了使其并行运行,可以将它们安排在不同的处理器上去运行,而在多核处理器时代,这样的方式就不可以了。在本文中,我们使用两种任务划分方式对单个流媒体应用程序(G.721协议的编码程序)和在无向图中搜索最短路径的算法(Dijkstra算法)做了任务划分,这两种方法分别取名为“按照数据划分”和“按照功能划分”。为了得到更实际的数据的输出,我们对于原来的多核处理器模拟器做了改进,添加了一个实时功耗计算输出模块,这样就可以更好的分析任务划分的效果和功耗输出。仿真的结果也是与以前在多处理系统上的研究结果有些不一样的:在流媒体应用仿真中,使用“按照功能划分”的方式比使用“按照数据划分”的方式在性能和功耗上都要有优势。当然,这样的结果应该在更多的流媒体应用处理中得到验证才好,而在非流媒体等弱数据相关性的数据应用中,使用“按照数据划分”与“按照功能划分”的仿真结果类似的,没有体现出优越性,甚至是有些劣势。不过,对于体系结构设计师来说,不失为一个很好的参考。在本文中,我们同样对多核处理器中的核间通信重要性做了阐述。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 相关研究
• 1.3 主要工作
• 1.4 本文的组织结构
• 2 多核处理器综述
• 2.1 多核处理器的发展现状
• 2.2 多核处理器的软件环境
• 2.2.1 架构仿真
• 2.2.2 软件通信
• 2.2.3 应用软件划分
• 2.3 多核处理器的任务调度的设计关键
• 2.3.1 任务调度算法
• 2.3.2 调度算法的性能评估
• 3 模拟器设计方法学基础
• 3.1 仿真模拟器
• 3.1.1 MIPS 模拟器介绍
• 3.1.2 SPIM 模拟器介绍
• 3.1.3 SimpleScalar 模拟器介绍
• 3.2 功耗模型
• 3.2.1 主要的功耗评估工具介绍
• 3.2.2 Wattch 模型介绍
• 3.3 并行化算法
• 4 基于SimpleScalar 的异构多核模拟器及实现
• 4.1 异构多核模拟器框架
• 4.2 核间通信机制
• 4.3 实时功耗模型加载
• 4.4 任务划分的方法
• 5 实验结果与性能分析
• 5.1 仿真模拟器概述
• 5.2 仿真Benchmark 介绍
• 5.2.1 G.721 标准概述
• 5.2.2 Dijkstra 算法
• 5.3 实验过程及细节实现
• 5.3.1 G.721 编码
• 5.3.2 Dijkstra 算法
• 5.4 实验结果及分析
• 5.4.1 G.721 编码
• 5.4.2 Dijkstra 算法
• 6 总结与展望
• 参考文献
• 附录1：SimpleScalar 各源文件及其实现功能
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 上海交通大学学位论文答辩决议书