基于NoC的分布式多核系統(tǒng)編程模型實現(xiàn).pdf

1、多核技術使處理器性能的持續(xù)增長及功耗瓶頸的突破成為可能，而片上網(wǎng)絡為多核系統(tǒng)提供了優(yōu)良的通信架構(gòu)，保證了多核規(guī)模及復雜性的持續(xù)提升。然而，這樣的架構(gòu)不過是解決最終問題的基礎，更重要的是如何讓用戶有效地利用該系統(tǒng)，獲得多核帶來的性能提升，這便依賴于良好的并行編程模型。
　　在分析傳統(tǒng)多核設計流程缺點的基礎上，本文提出了一個優(yōu)化的多核設計流程，通過將并行編程步驟獨立于反復的多核設計探索過程，達到了減輕程序員的編程負擔、提高設計效率的目

2、的。為了實現(xiàn)該流程，本文設計了一個靈活的多核編程模型——多核消息傳遞接口（MPSoC Message Passing Interface，MMPI）。該模型以良好的可移植性、可擴展性以及低模型開發(fā)復雜度及開銷為目標，采用基于API語言擴展方式的消息傳遞型并行程序編寫模式，定義了一種基于映射文件的系統(tǒng)初始化方法以及一種分層結(jié)構(gòu)的通信協(xié)議棧，通過將并行程序解耦合于映射結(jié)果及底層硬件結(jié)構(gòu)，達到提高軟件設計效率的目的。
　　隨后本文在一個

3、多核全系統(tǒng)仿真平臺上通過組織軟、硬件結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了基于MMPI的編程、通信系統(tǒng)，最終提供給程序員一個包含豐富的通信和同步API、具有良好的可擴展性和可移植性的消息傳遞函數(shù)庫。以提高系統(tǒng)性能及資源利用率為目標，引入了混合任務并行機制，定義了適于多核架構(gòu)的通信模式，并為亂序問題提出了一種低開銷的解決策略，減輕了程序員的編程負擔，也為編程和通信效率的提高做出了貢獻。之后本文對MMPI模型及其系統(tǒng)實現(xiàn)進行了性能評估，詳細分析了系統(tǒng)初始化以各種通信的

4、開銷組成及特征，指出了性能瓶頸及優(yōu)化方向，為使用MMPI模型的程序員及實現(xiàn)該模型的軟件設計者提供了指導性的參考。應用并行MUSIC算法和多種規(guī)模的矩陣乘法評測了系統(tǒng)的加速比特性，分析了影響加速比提升的因素，證明多核編程模型的制定和實現(xiàn)策略對多核系統(tǒng)加速比和利用率的提升具有重要意義。
　　最后結(jié)合評估結(jié)果及多核系統(tǒng)的特點，采用基于硬件抽象層、基于廣播算法以及分級的通信模式三種策略分別從減少數(shù)據(jù)拷貝、增加通信并行度以及減少網(wǎng)絡通信的角