片上多核系統(tǒng)與并行編程工具設(shè)計.pdf

1、隨著主流芯片設(shè)計復(fù)雜度要求的進一步提高，單核作為控制和計算核心已經(jīng)不能迎合處理器的快速發(fā)展。為了滿足復(fù)雜應(yīng)用的需求，處理器的設(shè)計需要引入創(chuàng)新的構(gòu)架思想。以MPSoC為代表的多核技術(shù)已成為下一代集成電路設(shè)計的主流技術(shù)。 MPSoC在體系結(jié)構(gòu)、核間共享及同步技術(shù)、軟件設(shè)計模型、操作系統(tǒng)設(shè)計、安全性設(shè)計等諸多方面存在著巨大的挑戰(zhàn)。同時也存在著巨大的應(yīng)用潛力。由于MPSoC與其應(yīng)用的目標(biāo)有很大的耦合性，因此可以從核心指令集、IP、總線、

2、多核通信技術(shù)和軟件模型等方面進行定制和優(yōu)化。 本文設(shè)計了一個MPSoC，使用OpenCores組織提供的開源IP核，包括處理器核OpenRISC1200，UART的IP核和Conbus總線IP核。由于本文側(cè)重于多核系統(tǒng)本身的建立，處理器核沒有配置緩存和MMU。為了與OpenRISC體系兼容，本文設(shè)計的IP核都是基于WISHBONE總線兼容的，其中包括了存儲器IP核和控制程序執(zhí)行的同步部件，同時提出了一種硬件信號量的方法解決了多核

3、的同步問題。 另一方面，由于傳統(tǒng)程序基本上是為順序處理器書寫的，大部分程序在多處理器上不能直接獲得加速，為了解決這個問題，在本文設(shè)計的MPSoC上對并行編程模型OpenMP進行了擴展。具體包括：決定變量屬性的子句、全局共享變量、非全局共享變量、并行指令、同步指令、Work-sharing指令的設(shè)計。 通過試驗結(jié)果可以看出：隨著計算量的增大，MPSoC相對于單核的運行效率加速比逐漸增大，接近于1.9。相對于用戶手寫并行程序