[发明专利]一种基于TBB线程构建块的连续系统仿真多核并行方法

摘要

本发明公开了一种基于TBB的连续系统仿真多核并行方法，主要包括以下步骤：步骤一，搭建TBB并行计算平台；步骤二，构造并行ParaODES模版类；步骤三，模型初始化；步骤四，TBB任务调度初始化；步骤五，仿真时间范围判断；步骤六，调用并行模版类ParaODES；步骤七，仿真结果传递；步骤八，结束TBB任务调度。本发明利用TBB实现连续系统仿真的并行化处理，提高了仿真运算的速度，从而满足仿真的实时性要求，缩短了仿真研究周期；利用TBB进行并行化处理，过程简单灵活，易于操作，具有很好的扩展性；TBB采用多核架构，符合当今并行技术向多核平台发展的方向。

主权项

1、一种基于TBB线程构建块的连续系统仿真多核并行方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：搭建TBB并行计算平台；在计算机中置入TBB文件包，在VC目录中添加TBB的包含文件、库文件及可执行文件，最后添加TBB20_INSTALL_DIR的值为C:\Program files\Intel\TBB\2.0到系统环境变量；步骤二：构造并行ParaODES模版类；预估计算和校正计算使用parallel_for模版类，根据parallel_for模版构造并行类，并将其命名为ParaODES模版类；具体步骤为：一、编写预估计算和校正计算的程序；模版类ParaODES中的预估计算和校正计算按以下公式进行：预估计算：$y_{i+1}^p=y_{i-1}^c+\frac{h}{3}(8f_i^p-5f_{i-1}^c+4f_{i-2}^c-f_{i-3}^c)---\left(1\right)$$f_{i+1}^p=f(t_{i+1},y_{i+1}^p)---\left(2\right)$校正计算：$y_i^c=y_{i-1}^c+\frac{h}{24}(9f_i^p+19f_{i-1}^c-5f_{i-2}^c+f_{i-3}^c)---\left(3\right)$$f_i^c=f(t_i,y_i^c)---\left(4\right)$其中：$f_i^p=f(t_i,y_i^p)---\left(5\right)$$f_{i-1}^c=f(t_{i-1},y_{i-1}^c)---\left(6\right)$式中：yi+1p表示状态变量下一步的估计值，yic表示状态变量当前步的校正值，yi-1c表示状态变量上一步的校正值，fip表示状态变量导数当前步的估计值，fi+1p表示状态变量导数下一步的估计值，fic、fi-1c、fi-2c、fi-3c分别表示状态变量导数当前步、前一步、前两步和前三步的校正值，ti表示当前时刻，ti-1表示上一时刻；式(1)、(2)和式(3)、(4)分别在两个处理内核P1、P2上并行执行，在P1中计算yi+1p，然后根据yi+1p的值计算fi+1p；在P2中计算yic，然后根据yic的值计算fic；P1、P2在结束了一步计算之后进行通讯；二、在模版类ParaODES的operator接口中将循环参数修改为blocked_range模板类；将operator接口的最外层循环参数修改成TBB中定义的blocked_range模板类，使之能够支持循环体内任务的并行划分；并行计算模版类ParaODES构造完成；步骤三：模型初始化；在仿真开始时，首先对仿真模型进行初始化，即设置连续系统微分方程组右函数、问题规模n、仿真总时间Tmax、积分步长h；导数、状态量、中间量的变量声明以及各变量赋初值，其中n为方程组中方程的数目；步骤四：TBB任务调度初始化；步骤五：仿真时间范围判断；判断当前时间t是否超出仿真时间范围Tmax，若t＜Tmax，则执行步骤六，否则执行步骤八；步骤六：调用并行模版类ParaODES；调用步骤二中的ParaODES模版类完成预估-校正的并行计算，通过ParaODES模版类创建一个线程计算yi+1p的估计值，并根据yi+1p计算导数的估计值fi+1p；通过ParaODES模版类创建另一个线程并行计算yic的精确值，并根据yic计算导数的精确值fic；最终得到仿真结果yic；在上述过程中，需要用到的导数值：当前步导数估计值fip、前一步导数校正值fi-1c、前两步导数校正值fi-2c和前三步导数校正值fi-3c，并得到新的导数估计值fi+1p和导数校正值fic；步骤七：仿真结果传递；将步骤六中的当前步导数估计值fip、前一步导数校正值fi-1p、前两步导数校正值fi-2c、前三步导数校正值fi-3c和状态变量当前步的校正值yic这五个参数的值传递给当前变量的后一步，即将fi-2c的值传递给fi-3c，将fi-1c的值传递给fi-2c，将fic的值传递给fi-1c，将fi+1p的值传递给fip，将yic的值传递给yi-1c；时间t增加一个单位长度；返回步骤五；步骤八：结束TBB任务调度；完成并行计算任务，结束TBB任务调度。