[发明专利]基于ARM、DSP及FPGA的异构多核处理器及任务调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及异构多核处理器技术。

背景技术

随着集成电路的发展，微处理器工艺已经迈入深亚微米的阶段。如今活跃在市场中绝大多数处理器中集成电路数量也已经达到亿的数量级，处理器工作频率也成迅速上升状态。但随之而引起的问题就是，功耗和发热量巨大，这也决定了其不适用于移动环境。因此，当前诸多处理器产商着手于开发多核处理器，以达到在提高处理速度的前提下尽可能地减小功耗的目的。

如今应用的多核处理器按内部处理器核的类型能够分为两种类型：同构多核处理器和异构多核处理器。前者是指在一个处理器中集成多个具有相同体系结构的处理器核，而后者是集成多个功能不同的处理器核，它们既能够是通用处理器核，也有能够是针对特定应用而设计的硬件核。就软硬件开发难易程度和通用性而言，显然同构多核处理器优于异构多核处理器，但是如果综合考虑能量效率方面的因素，异构多核处理器又强于同构多核处理器。而且，根据Amdahl定律的表述能够知道，由于受到必须逐次执行软件的限制，即使通过增加同种CPU内核数量，多核微处理器并不能相应地提高数据处理量。因此，异构多核技术是未来多核技术的重要发展方向。

另外，在穿戴计算机的诸多应用中，对外设接口的需求都比较大，例如它可能既需要利用短距离无线通讯接口(如zigbee、蓝牙)与附近的路由或者终端设备通讯，也需要利用CAN通讯接口完成对其它传感器数据高速传输的任务。传统的穿戴计算机的体系结构由于其结构上的限制，只能将所有功能都同时集成在一起，依靠轮询或者中断等方法对这些任务响应处理。显然，此方法有很大的局限性，例如应用任务都是随不同环境而改变的，可能在某一环境下只需要简单的无线通讯，而不需要采集传感器数据，而进入另外一环境时则需要将感知数据上传到中心处理器上，如果纯粹的将这些接口，叠加在一起显得很臃肿,不灵活。

目前在绝大多数的嵌入式应用环境中，为了提高系统的处理能力，很多研究人员都针对特定的嵌入式处理器以及特定的应用环境提供一个优化的实时性高的任务调度算法。很显然，这种策略并不具有通用性，严格意义上并不是并行的而是串行的，因为这受硬件上单一处理器的限制。

在嵌入式应用中，资源都是极其有限的，包括计算资源、存储资源以及IO接口资源。因此，如何合理分配使用资源，提高资源的利用效率是嵌入式领域需要重点解决的问题之一。就IO接口资源分配而言，传统的设计方法是通过将其与某单一处理器连接，这样的设计较为死板，容易遇到许多问题，例如当处理器处于高负荷工作状态时，就会使得通信效率低下，不能做到实时响应请求。

发明内容

本发明的目的是为了解决常规的多核处理器对环境的适应能力差、并行处理能力差以及资源控制能力差的问题，提供一种基于ARM、DSP及FPGA的异构多核处理器及任务调度方法。

本发明所述的基于ARM、DSP及FPGA的异构多核处理器包括ARM、DSP、FPGA和外设接口，所述ARM、DSP以及FPGA之间进行数据传输，所述外设接口包括RS232接口、CAN总线接口、SPI接口和USB接口，所述的ARM用于事务处理和系统的管理与控制，DSP用于执行含有大量运算的任务，FPGA用于重构成专用的处理模块和各种I/O接口。

所述的FPGA内嵌入有软件实现的供电模块，所述供电模块用于控制ARM、DSP以及FPGA的电源供应。

基于ARM、DSP及FPGA的异构多核处理器的任务调度该方法，该方法具体为：

在性能最优的情况下，对应某一任务，异构多核处理器判断ARM、DSP及FPGA中处理该任务各最快的一个，并分配给其执行；

在性能最优的情况下，对应某一任务，异构多核处理器判断ARM、DSP及FPGA中处理该任务所需能耗最少的一个，并分配给其执行；

在负载均衡的情况下，对应某一任务，异构多核处理器判断ARM、DSP及FPGA中当前空闲或者负载最少的一个，并分配给其执行；

在禁止使用的情况下，对应某一任务，禁止分配给ARM、DSP及FPGA中的一个；在用户指定的情况下，对应某一任务，由用户指定任务分配给ARM、DSP及FPGA中的一个。