【摘要】： 多年來微處理器性能的提升大都基于提高單個處理器主頻或者指令級并行度進行的。但是隨著單個處理器的發(fā)展,處理器結(jié)構(gòu)越來越復雜。處理器要使用各種復雜技術(shù)來從串行程序中找出可以并行執(zhí)行的指令,比如亂序執(zhí)行、猜測執(zhí)行和硬件分支預測等。這種技術(shù)已經(jīng)很難進一步地提高單處理器的并行能力,晶體管數(shù)目的進一步增加也只能得到有限的性能提升,單個處理器主頻或者指令級并行度的提高遇到了發(fā)展瓶頸。 隨著集成電路制造工藝的發(fā)展和計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究的深入,多核技術(shù)將得到更多的發(fā)展,多核處理器也將得到越來越廣泛的應用。通過在多個執(zhí)行內(nèi)核之間劃分任務,提高并行度,多核處理器可在特定的時鐘周期內(nèi)執(zhí)行更多任務,以提高程序的執(zhí)行效率。多核技術(shù)在硬件體系結(jié)構(gòu)設計、核間互連及通信、操作系統(tǒng)、應用程序多線程劃分、線程之間通信等方面存在巨大的挑戰(zhàn),同時也存在巨大的研究空間。 本文基于對當今主流的多核技術(shù)的研究,重點探討了多核系統(tǒng)中的操作系統(tǒng)設計和移植問題,以及多核平臺上應用程序的設計問題。本文的主要研究和貢獻如下: 1.在SoCLib多核仿真平臺上實現(xiàn)了基于CrossBar互連方式的SPARC多核仿真系統(tǒng),并采用MJPEG應用程序建立多線程模型,驗證結(jié)構(gòu)的正確性。這部分工作基于對多核仿真平臺SoCLib的研究,包括SoCLib中核心模塊的設計和核之間的互連方式以及應用SoCLib搭建多核仿真系統(tǒng)的方法學。 2.實現(xiàn)了Mutek操作系統(tǒng)的硬件抽象層和線程間通信庫,使Mutek適用于MicroBlaze多核系統(tǒng)并能夠支持多線程之間的通信,將Mutek操作系統(tǒng)成功移植到了MicroBlaze多核系統(tǒng)平臺上。這部分工作基于對Xilinx FPGA、MicroBlaze、Mutek操作系統(tǒng)、KPN模型和MJPEG應用程序的研究。 3.提出了MicroBlaze多核系統(tǒng)改進的三種方案,結(jié)合Xilinx硬件平臺的特征,實現(xiàn)了帶有指令Cache的多核系統(tǒng)改進方案。
【圖文】：

圖 1 POWER5 系統(tǒng)架構(gòu)Figure1 POWER5 Architecture含兩個對稱的處理器核心，每個核心中包含獨立的一級che)，二級 Cache 是共享的。Power5 通過可擴展的三級不同，異構(gòu)多核體系中的各個處理核是不同的，按照功核一般為通用處理器，用來進行控制和一些通用運算。類特殊的運算。由IBM、東芝、索尼共同推出的Cell是構(gòu)是一個單芯片多核心處理單元，它內(nèi)置9個處理單元，來看，它具有兩種類型的處理單元：Power Processor Esor Element (SPE)，，PPE 64-bit架構(gòu)核心同時兼任32-bit程一個獨立處理單元，每個SPE可以全權(quán)訪問內(nèi)存儲器，，共同交互完成各種復雜工作。Cell處理器架構(gòu)如圖 2

圖 2 Cell 處理器架構(gòu)Figure2 Cell Architecture1.2.3 多核互連片上網(wǎng)絡隨著多核系統(tǒng)的發(fā)展，簡單的總線結(jié)構(gòu)己無法滿足多核系統(tǒng)中越來越復雜的通信需求。如何實現(xiàn)一個穩(wěn)定可靠的內(nèi)核互連機制，這種互連機制會很大程度上影響多核系統(tǒng)的性能。NoC(Network on Chip)就是將網(wǎng)絡技術(shù)應于多核模塊互連的設計方法，來解決目前總線結(jié)構(gòu)所無法解決的問題[6][7]。NoC 研究的重點在于 NoC 的拓撲結(jié)構(gòu)、NoC 協(xié)議、 NoC 服務質(zhì)量、NoC 的定時和低功耗等問題[7]。選擇合適的 NoC 拓撲結(jié)構(gòu)是 NoC 設計中關(guān)鍵的問題。目前，NoC 研究和設計主要借鑒了并行計算機體系結(jié)構(gòu)中的靜態(tài)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，包含規(guī)則和不規(guī)則兩種結(jié)構(gòu)。常見規(guī)則結(jié)構(gòu)如2D-mesh 結(jié)構(gòu)、3 D-mesh 結(jié)構(gòu)、Torus 結(jié)構(gòu)、扁平樹結(jié)構(gòu)、環(huán)形結(jié)構(gòu)等。多家研究機構(gòu)采用了 2D-mesh 或者其變形的 Torus 結(jié)構(gòu)為網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)。不規(guī)則的結(jié)構(gòu)是由規(guī)則結(jié)構(gòu)組合而成的。NOC 拓撲結(jié)構(gòu)對網(wǎng)絡延遲、吞吐量、面積、容錯、功耗有很大影響外，對設計策略和內(nèi)核到網(wǎng)絡節(jié)點的映射起著重要的作用。區(qū)別于總線結(jié)構(gòu)的 NoC 的一個重要特征就是采用包交換的路由。路由是確定一個信息
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TP332

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 辛熠;楊瑞民;;多核DSP編程技術(shù)研究[J];電子測試;2011年09期

2 劉磊;周慶;井蔚;劉冰;;基于多核處理器的網(wǎng)絡安全協(xié)議并行處理研究[J];信息網(wǎng)絡安全;2011年09期

3 于永斌;徐潔;王華;張鳳荔;吳曉華;丁旭陽;;計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程多核創(chuàng)新實驗探索[J];實驗科學與技術(shù);2011年03期

4 趙輝;錢文光;楊麗娟;;OpenMP中負載平衡優(yōu)化的分析與研究[J];福建電腦;2011年06期

5 傅忠傳;高洋;李東;張澤旭;崔平遠;李馨梅;;Metric多核子方法劃分編譯算法設計與實現(xiàn)[J];哈爾濱工業(yè)大學學報;2011年07期

6 李e

本文編號：2620352