[发明专利]基于时钟中断同步的非对称多核流水并行处理方法

说明书

本发明涉及嵌入式多核计算机系统技术领域，提供基于时钟中断同步的非对称多核流水并行处理方法，其包括如下的步骤：将需要执行的任务按照数据相关性及执行顺序划分为n个子任务，每个子任务绑定一个处理器核；利用处理器上的通用计数器按规定时间间隔、周期性地产生中断，各核的中断服务程序响应该中断，通过中断及设置标识位来模拟同步时钟上升沿，使得相对独立的各处理器核得以在时钟上升沿同时开始执行各自子任务的三个阶段。按照本发明的方法可以充分利用多核资源，使得当子任务间存在数据相关时，整个任务的执行仍可获得并行加速，增强了多核应用的可扩展性的同时简化了多核调度管理，减小了系统设计复杂度，降低了多核管理时间开销。

技术领域

本发明涉及嵌入式多核计算机系统技术领域，具体涉及基于时钟中断同步的非对称多核流水并行处理方法。

背景技术

多核处理器一般工作在SMP或AMP模式下。SMP模式是在处理器中由一个操作系统或一个应用程序统一管理所有处理器核，具有统一的内存空间。AMP模式则是处理器中的每个处理器核都拥有各自独立的内存空间，各自独立运行一个操作系统或应用程序，处理器核之间仅有少量信息交互。

在SMP模式下，多核处理器通过对多线程的调度来完成多个子任务在处理器核上运行的分配工作。操作系统或程序中的任务调度模块负责组织和管理子任务(即线程)队列，并时刻监测处理器中各核的运行状态。如果一个处理器核满足了分配子任务的条件，如处理器核处于空闲状态，任务调度模块就会将排在队列中最前面的一个线程(子任务)分配给该核，且一般在该子任务执行完之前，不会再次给该核分配新的子任务。为尽可能地利用多核资源并行，在划分子任务时一般将子任务设计为数据关联较少，相互之间具有一定独立性。

AMP模式中，任务以在各处理器核上运行的程序来实现的(无论是否有操作系统)。处理器各核上运行的应用程序可能是相同的，也可能是不同的，即各核的功能行为可能是相同的，也可能是不同的。为尽可能地实现并行，在规划任务时，子任务一般设计为数据关联较少，相互之间具有独立性。

以四核处理器为例，常规的并行处理模式中，SMP和AMP均可抽象为如图1所示的模型，即将一个任务预先划分为相互之间具有独立性的子任务，然后根据处理器核的工作状态，如是否可正常运行，是否处于空闲状态等，将子任务或动态分配给处理器核，如SMP模式，或静态将子任务绑定某一个核，如AMP模式。由于子任务之间相互独立，因此可以在不同的处理器核中并行执行，从而达到加速处理整个任务的目的。

假设t_sch为多核间任务调度时间开销，{子任务0,子任务1,子任务2,子任务3}的执行时间分别是{t₀，t₁，t₂，t₃}，则任务执行时间t为：t＝t_sch+max{t₀,t₁,t₂,t₃}。

然而在实际应用中，并非所有任务都可以划分为相互独立的子任务。当一个子任务的处理输入依赖于另一个子任务的处理结果时，这两个子任务就是串行。如果子任务间存在数据相关，最坏情况下4个子任务就完全是串行的过程，此时的任务执行时间为：任务串行时间为

在上述情况下，并未起到并行加速的效果，相反，由于多核间的任务调度、数据传递的开销，其4核的执行用时可能比常规单核上的串行用时更长。

发明内容