基于可配置处理器的异构多核线程级动态调度模型

论文摘要

由于异构多核处理器能够提供更高的性能,越来越多的公司致力于研发异构多核处理器,业界对异构多核处理器的热衷促进了该类处理器系统软件的研究,其中任务调度是重要一环。本文基于可配置处理器组成的异构多核系统,提出一种新的线程级动态调度模型。该模型中,所有核具有一个公共指令集,每个核又分别针对应用某个部分进行指令集扩展优化,通过模型定义的线程、处理核及指令集间映射关系,调度器可以动态调度线程至适合的处理器核上运行。在模型设计的基础上,本文给出了基于Mutek操作系统的一种实现,然后将测试程序Motion-JPEG解码器线程化,并将部分线程使用TIE扩展指令集优化。本文设计了一个目标实验系统和多个对照系统,通过对实验结果分析,本文模型相比同条件下静态调度性能提升31%,相比性能最强的全扩展SMP结构,本文模型可达其性能的91.6%,而面积仅为其55.6%。通过进一步与参考文献对比,本文模型在“性价比”指标上是其1.2倍。本文模型能有效平衡芯片面积和运行速度间矛盾。此外,该模型是对标准线程调度模型的扩展,因此在提供方便快捷的编程模型同时,可以大大缩短使用者的学习周期。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.3 研究目标和主要工作
• 1.4 本文结构
• 2 多核结构以及调度算法
• 2.1 多核体系结构与设计
• 2.1.1 同构多核结构
• 2.1.2 异构多核结构
• 2.2 多处理器操作系统
• 2.3 任务调度算法
• 2.3.1 任务及其特性
• 2.3.2 任务间的相关性
• 2.3.3 调度算法的分类
• 2.3.4 静态调度算法
• 2.3.5 动态调度算法
• 3 新模型数学描述与实现
• 3.1 可配置处理器多核结构
• 3.2 调度模型数学描述
• 3.3 模型实现
• 3.3.1 Mutek 操作系统简介
• 3.3.2 基于位图的模型实现
• 3.4 模型工作流程
• 3.4.1 Mutek 启动过程
• 3.4.2 共享数据的访问互斥
• 3.4.3 Mutek 的动态调度
• 3.4.4 新模型工作过程
• 4 MJPEG 线程化与TIE 生成
• 4.1 MJPEG 解码程序分析
• 4.1.1 MJPEG 解码过程
• 4.1.2 JPEG 文件格式解析（Demux）
• 4.1.3 反熵编码（VLD）
• 4.1.4 反ZigZag 编码（IQZZ）
• 4.1.5 反量化（IQZZ）
• 4.1.6 反离散余弦变换（IDCT）
• 4.1.7 色彩空间转换（CONV）
• 4.2 MJPEG 线程化
• 4.3 TIE 指令集生成
• 4.3.1 获得热点区域
• 4.3.2 Xtensa 处理器及TIE 指令集
• 4.3.3 IDCT 的优化
• 4.3.4 CONV 的优化
• 5 实验设计与结果分析
• 5.1 测试实验设计
• 5.1.1 目标实验设计
• 5.1.2 对照实验设计
• 5.2 实验结果分析
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 7 参考文献
• 致谢
• 附录A：攻读学位期间发表的学术论文及专利目录