收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

异构多核片上系统的任务调度及应用研究

刘彦  
【摘要】: 随着大规模集成电路设计技术和半导体技术的飞速发展,多处理器片上系统(Multiprocessor System-on-Chip, MPSoC)作为各种嵌入式计算系统的核心部件已广泛应用于多媒体网络、通信、高性能计算和工业控制等诸多领域以期进一步提高产品的计算效能,降低其成本、功耗和面市时间。任务调度与分配是多处理器片上系统软件支撑环境研究中的一个关键问题,它将计算任务分配到不同的处理器单元上调度执行,并在满足整个应用系统的实时性、功耗和任务期限等方面约束的情况下最优化执行时间。任务调度与分配决定了软件系统在计算平台上的执行效率与性能,是推动异构多处理器片上系统进一步推广应用的关键。与传统任务调度问题不同,MPSoC系统的异构性、与应用领域结合的特殊性均给这个传统课题的研究带来了新的挑战。本文主要研究多处理器片上系统的实时多帧任务和可重构硬件任务调度相关问题,并基于三种典型的片上系统芯片开发了应用系统实例。 嵌入式系统与应用领域密切相关,多帧任务模型正是与多媒体应用领域密切相关的一种实时任务模型。本文首先研究异构多处理器环境下的多帧实时任务调度问题。证明了异构多处理器系统上的多帧实时任务调度问题的难解性。然后从处理器利用率边界和任务响应时间两个方面分析了多帧实时任务的可调度性,给出了调度可判定性的充分条件和充要条件,从理论上分析了多帧任务模型在异构多处理器系统上的优势。以此为基础利用调度可判定性条件,提出了基于遗传算法的异构多处理器多帧实时任务调度算法。模拟实验表明,基于多帧任务模型进行任务描述可以提高实时任务在异构多核处理器系统上的调度成功率。 MPSoC中的可重构计算资源增加了系统设计的自由度,但硬件任务的调度算法则需管理实时硬件任务的启动时间和放置位置。文中介绍了可重构硬件任务调度相关定义及系统模型,分析了硬件任务调度产生碎片的原因。由于硬件任务选择放置位置时需要考虑剩余资源空间有利于随后的任务进行布置,本文提出一种基于二维资源模型的分组-邻接边在线调度算法,该算法将硬件任务按照长宽比进行分组并分别考虑在可重构资源上的放置位置。同时引入任务邻接边数作为选择合理放置位置的重要指标,使得硬件任务放置更为紧凑、减少资源碎片、提高调度成功率。模拟实验表明,与已有算法相比,本文算法具有更高的任务接受率,而运行时开销没有明显增加。在对两种硬件任务放置策略进行对比后表明,尽可能早的安排任务启动有利于提升高负载情况下的调度成功率。 基于二维可重构资源模型,本文进一步基于整数线性规划方法准确地描述可重构场景下的任务调度问题。为了增加调度算法的实用性,本文考虑了可重构配置预取、模块重用和反碎片技术等与目标平台实现相关的特性,并通过使用更为有效的任务放置策略提高了求解问题的时间效率。其后,本文提出了一种启发式方法解可重构硬件任务调度问题,在获得较好结果的同时大大减少运算时间。仿真实验表明,与类似的调度算法相比,本文的方法在调度质量和运行时间方面均有改进。 MPSoC的体系结构经历了从简单的片上集成辅助计算单元,到集成多个可自由编程的处理器,再进一步集成可重构计算资源的不断发展,体现了面向应用领域设计的显著特点。本文基于三种典型片上系统计算平台,面向网络多媒体和数值计算领域设计与实现了移动学习平台、智能视频监控系统和化学分析计量分析专用设备三个应用实例。文中描述了各种计算平台的基本特点、开发流程与方法及系统设计与实现的关键技术,并根据实际应用场景进行了系统部署与评估。实验表明,原型系统达到设计目标并在实际部署中得到了初步的应用。 综上所述,本文围绕多处理器片上系统任务调度这个关键问题,依托国家项目,按照“研究基本理论、突破关键技术、实现典型应用”的技术路线,研究了多帧实时任务和可重构硬件任务调度相关问题,并面向实际应用领域设计和实现了三个应用系统,对于进一步推进多处理器片上系统任务调度的研究和实用化以及应用系统开发具有一定的理论意义和应用价值。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 ;集成电路的新发展——片上系统[J];光机电信息;2002年01期
2 ;ARM为高性能片上系统设计扩展AMBA标准创建了AXI协议[J];电子工程师;2003年08期
3 王飞,孙成立;片上系统的总线结构发展现状及前景[J];单片机与嵌入式系统应用;2003年11期
4 谢学军,邱善勤;IP在中国的现状及未来之路[J];半导体技术;2005年06期
5 叶咏辰,赵光恒;用PowerPC硬核的FPGA片上系统及在存储系统中的应用[J];电子技术;2005年05期
6 徐志军;邱传飞;曲宁;;集成电路设计的现状与发展[J];军事通信技术;2006年04期
7 田东兴;梁万雷;关晓丹;;《单片机》课程教学研究[J];北华航天工业学院学报;2008年01期
8 王伊蕾;李涛;徐群;宋丽华;;新的面向低功耗聚芯片上系统可重构技术[J];计算机应用研究;2009年05期
9 高路;郭立;杨帆;韩琼磊;;基于开源SoC平台的语音编解码器设计[J];通信技术;2010年04期
10 蒋彭龙;;片上系统技术在航天领域的发展和应用[J];导弹与航天运载技术;2010年05期
11 张桂青,冯涛,王建华,张杭,耿英三;基于片上系统的可配置微机保护硬件平台设计与实现[J];电力系统自动化;2003年10期
12 柏子刚;唐良宝;;片上系统与微机电系统[J];现代电子技术;2006年23期
13 刘炜;张琳;石志刚;;SOC芯片中高速ADC的测试方法[J];电子测试;2007年10期
14 ;德州仪器推出业界首款集成USB控制器的1GHz以下RF片上系统[J];电子与电脑;2007年12期
15 刘军华;杨海钢;;一种快速并行协同仿真的验证方法[J];微电子学;2008年04期
16 陈虎;董会宁;范逵;董健;;基于Interconnect Matrix结构的多层AHB总线设计与实现[J];通信技术;2009年06期
17 David Lidrbauch;;基于模型的设计加速功能验证[J];电子设计应用;2009年07期
18 刘炎华;刘静;赖宗声;;片上网络:新一代的片上系统结构[J];电子与封装;2011年05期
19 孟宪元;可编程器件实现片上系统[J];测控技术;2000年10期
20 张丽杰,吕少中;基于方舟CPU的嵌入式SOC及其软/硬件开发平台[J];半导体技术;2004年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 路而红;靳济方;李莉;;片上系统的技术发展与教学对策[A];电子高等教育学会2004年学术年会论文集[C];2004年
2 彭洲红;陈莉莉;虞致国;徐健健;;基于IP核的电力系统监控装置SOC设计[A];第二届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2004年
3 申飞;吴仲城;孟明;周华国;;网络化传感器节点的低功耗设计[A];第二届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2004年
4 杨舰;黄道平;李小亚;;GDCS任务调度的SPN模型研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 陈龙;;NoC:基于分组交换网络的SoC设计[A];中国通信集成电路技术与应用研讨会论文集[C];2004年
6 赖华;王勇;;网格环境中基于改进蚂蚁算法任务调度的研究[A];江苏省现场统计研究会第十次学术年会论文集[C];2006年
7 彭福慧;尤志强;邝继顺;张大方;;一种基于BFT型拓扑结构片上网络低费用测试方法[A];第六届中国测试学术会议论文集[C];2010年
8 许可;史海波;;基于多Agent的分散网络化制造企业任务调度[A];2003中国控制与决策学术年会论文集[C];2003年
9 王璐璐;张素伟;任颉;;网格调度算法[A];《制造业自动化与网络化制造》学术交流会论文集[C];2004年
10 张会福;陈然;;遗传算法的群体分组并行研究[A];2009年全国开放式分布与并行计算机学术会议论文集(上册)[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘彦;异构多核片上系统的任务调度及应用研究[D];湖南大学;2009年
2 马宏星;可重构多核片上系统软硬件功能划分与协同技术研究[D];中国科学技术大学;2010年
3 汤绍勋;天基预警低轨星座星载传感器资源管理与预警探测任务调度问题研究[D];国防科学技术大学;2011年
4 黄万伟;基于服务属性区分的可重构任务调度研究[D];解放军信息工程大学;2009年
5 瞿进;可重构系统软硬功能划分及任务调度技术研究[D];解放军信息工程大学;2011年
6 陈锡明;基于NOW的任务调度和负载平衡方法研究[D];电子科技大学;2000年
7 吴国伟;DSL系统时域均衡算法研究及ADSL收发器片上系统设计[D];哈尔滨工程大学;2002年
8 熊曾刚;集成P2P模式的网格资源发现模型、算法与任务调度研究[D];北京科技大学;2009年
9 何鸥;互连驱动的片上系统布图规划算法的研究[D];清华大学;2011年
10 丁顺利;基于代理的网格资源管理与任务调度[D];吉林大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘沙;可重构系统任务调度与系统级FPGA抗辐照设计[D];复旦大学;2010年
2 李星;网格技术研究和基于蚂蚁算法的任务调度仿真器设计[D];河北工业大学;2004年
3 钟旭;基于混合遗传算法的异构网格任务调度[D];山东大学;2010年
4 张祖礼;网格计算中带有资源属性选择的任务调度的设计与实现[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 贾志强;嵌入式操作系统μCOS的移植与测试[D];太原理工大学;2004年
6 车晓雪;基于遗传算法的网格任务调度研究[D];青岛大学;2007年
7 刘先刚;网格计算中任务的调度策略和调度算法的研究[D];太原理工大学;2010年
8 阳明晔;基于DSP的导引头信息处理机软件系统的设计与实现[D];国防科学技术大学;2003年
9 张靖;网格环境下任务调度机制的研究与仿真[D];西北大学;2006年
10 王视听;现代SOC系统的实现在数据采集分析系统上的应用[D];昆明理工大学;2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 丘文;Marvell推出最新片上系统设备[N];中国电子报;2008年
2 曲芳 戴江勇 龚界文 院宣 肖文正 杨丽;坚决落实型号任务调度令[N];中国航天报;2008年
3 何川 方兴;运筹帷幄决胜千里[N];计算机世界;2001年
4 ;比前一代器件快30%[N];中国计算机报;2006年
5 ;德州仪器推出最新VoIP片上系统[N];人民邮电;2006年
6 ;谁可分得SOC这杯羹[N];计算机世界;2003年
7 清华大学计算机系设计 自动化实验室 董社勤;规划与布局[N];计算机世界;2005年
8 ;五大管理市场细分报告解读[N];网络世界;2007年
9 王波;Linux与服务器集群技术[N];中国计算机报;2002年
10 清华大学电子工程系 罗嵘;片上系统EDA的建模方法[N];计算机世界;2005年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978