本文關(guān)鍵詞：基于FT-C6XX多核DSP的MPI移植實(shí)現(xiàn)與優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：FT-C6XX多核DSP(Digital Signal Processor)是由國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院微電子所自主研發(fā)的一款高性能多核數(shù)字信號處理器,該芯片主要應(yīng)用于高新能計(jì)算領(lǐng)域。為FT-C6XX多核DSP開發(fā)多核并行編程環(huán)境對該芯片的應(yīng)用推廣有很大益處,是該項(xiàng)目目前較為重要的工作之一。本文結(jié)合FT-C6XX多核DSP的體系結(jié)構(gòu)特征,將MPI(Message Passing Interface)并行編程環(huán)境移植到FT-C6XX多核DSP平臺上,并對多核間通信方式進(jìn)行了優(yōu)化,測試結(jié)果表明了本文移植工作的正確性與優(yōu)化工作的有效性。本文主要的研究內(nèi)容及貢獻(xiàn)包括以下四個方面:(1)總結(jié)了基于MPI并行編程環(huán)境開發(fā)FT-C6XX多核應(yīng)用程序的方法:主要是將一個串行程序MPI并行化,具體步驟為:分解任務(wù),分配任務(wù),協(xié)調(diào)進(jìn)程,進(jìn)程映射到處理器這幾步。(2)基于FT-C6XX體系結(jié)構(gòu)移植實(shí)現(xiàn)了MPI并行編程環(huán)境:首先移植編譯相關(guān)工具鏈:二進(jìn)制工具集binutils、GCC編譯器、u Clibc庫生成FT-C6XX多核DSP的交叉編譯環(huán)境;然后從通信模塊、同步模塊兩個方面將MPI并行編程環(huán)境移植到FT-C6XX多核DSP平臺上;最后編譯生成FT-C6XX多核DSP平臺支持的MPI可執(zhí)行代碼。(3)對FT-C6XX的MPI通信性能進(jìn)行了優(yōu)化:主要是針對共享內(nèi)存消息傳遞方法管理以及長消息傳遞兩個問題,采用消息隊(duì)列和單拷貝的DMA技術(shù)分別對其進(jìn)行優(yōu)化。(4)對FT-C6XX的MPI并行編程環(huán)境進(jìn)行測試:通過三個測試用例,π值計(jì)算cpi.c、矩陣乘法matrix.c、快速傅里葉變換fft.c驗(yàn)證了移植工作的正確性;通過測試快速傅里葉變換fft.c在優(yōu)化前后的程序性能,表明優(yōu)化后程序性能得了10%左右的提升。
【關(guān)鍵詞】：多核DSP MPI移植 通信優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP332
【目錄】：

• 摘要10-11
• ABSTRACT11-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 研究背景與意義12-15
• 1.1.1 多核技術(shù)的發(fā)展及挑戰(zhàn)12-13
• 1.1.2 課題來源13-15
• 1.2 國內(nèi)外相關(guān)研究15-18
• 1.2.1 共享變量模型15
• 1.2.2 數(shù)據(jù)并行模型15-16
• 1.2.3 消息傳遞模型16-18
• 1.2.3.1 MPI現(xiàn)有的實(shí)現(xiàn)16-17
• 1.2.3.2 MPI研究熱點(diǎn)17-18
• 1.3 論文主要工作18-19
• 1.4 論文組織結(jié)構(gòu)19-20
• 第二章 MPI程序設(shè)計(jì)與性能評估20-29
• 2.1 MPI并行程序設(shè)計(jì)方法20-25
• 2.1.1 MPI并行程序設(shè)計(jì)步驟20-21
• 2.1.2 矩陣乘法MPI設(shè)計(jì)實(shí)例21-25
• 2.2 MPI并行程序性能分析25-27
• 2.2.1 執(zhí)行時間25-26
• 2.2.2 加速比與效率26-27
• 2.3 MPI并行程序開銷分析27-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第三章 基于FT-C6XX多核DSP的MPI移植實(shí)現(xiàn)29-58
• 3.1 實(shí)驗(yàn)平臺、開發(fā)調(diào)試環(huán)境介紹以及調(diào)試步驟分析29-31
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)平臺、開發(fā)調(diào)試環(huán)境介紹29-30
• 3.1.2 在FT-C6XX多核DSP上調(diào)試MPI程序步驟分析30-31
• 3.2 MPICH總體結(jié)構(gòu)31-33
• 3.2.1 MPI接口實(shí)現(xiàn)層31-32
• 3.2.2 MPI抽象設(shè)備層32-33
• 3.2.3 MPI通道接口層33
• 3.3 移植過程分析及移植難點(diǎn)33-36
• 3.3.1 移植實(shí)現(xiàn)過程分析33-35
• 3.3.2 MPI移植難點(diǎn)分析35-36
• 3.4 binutils二進(jìn)制工具集移植36-38
• 3.4.1 BFD庫的移植36-37
• 3.4.2 匯編器GNU AS移植37-38
• 3.4.3 鏈接器GNU LD移植38
• 3.5 GCC編譯器移植38-41
• 3.5.1 ftc6xx.h文件39
• 3.5.2 ftc6xx.c文件39-40
• 3.5.3 ftc6xx.md文件40-41
• 3.6 uclibc庫的移植41-42
• 3.7 MPI的通信模塊移植實(shí)現(xiàn)42-50
• 3.7.1 基于FT-C6XX多核DSP的MPI核間共享內(nèi)存實(shí)現(xiàn)42-46
• 3.7.1.1 共享內(nèi)存初始化43-45
• 3.7.1.2 共享內(nèi)存動態(tài)申請45
• 3.7.1.3 共享內(nèi)存動態(tài)釋放45-46
• 3.7.2 基于FT-C6XX多核DSP的MPI消息隊(duì)列實(shí)現(xiàn)46-48
• 3.7.2.1 消息隊(duì)列創(chuàng)建與釋放46-47
• 3.7.2.2 消息隊(duì)列的初始化47
• 3.7.2.3 消息隊(duì)列管理47-48
• 3.7.3 基于共享內(nèi)存SM的消息傳遞方法48-50
• 3.8 多核通信同步方式的移植實(shí)現(xiàn)50-56
• 3.8.1 基于核間中斷管理的同步方式50-52
• 3.8.2 基于核間共享信號量的同步方式52-54
• 3.8.2.1 信號量管理的工作原理52-53
• 3.8.2.2 創(chuàng)建/刪除一個信號量53-54
• 3.8.3 基于柵欄的核間任務(wù)同步方式54-56
• 3.8.3.1 在FT-C6XX多核DSP上設(shè)計(jì)柵欄54-55
• 3.8.3.2 柵欄的初始化55-56
• 3.9 MPI的配置及編譯56-57
• 3.10 本章小結(jié)57-58
• 第四章 FT-C6XX的MPI進(jìn)程間通信性能優(yōu)化58-68
• 4.1 基于共享內(nèi)存的消息隊(duì)列的消息傳遞方法及其優(yōu)化方法58-62
• 4.1.1 基于共享內(nèi)存的消息隊(duì)列的消息傳遞方法58-59
• 4.1.2 使用lock_free_queue對消息傳遞方法進(jìn)行優(yōu)化59-60
• 4.1.3 Fastbox的旁路隊(duì)列機(jī)制60-61
• 4.1.4“影子指針”的使用61-62
• 4.2 單拷貝技術(shù)的應(yīng)用62-65
• 4.3 FT-C6XX多核DSP上基于MPI的DMA消息傳遞方法65-67
• 4.3.1 直接使用DMA搬移方式的消息傳遞方法65-66
• 4.3.2 基于nemesis通道的LMT接口的DMA消息傳遞方法66-67
• 4.4 本章小結(jié)67-68
• 第五章 基于FT-C6XX多核DSP的MPI程序性能測試68-83
• 5.1 用數(shù)值積分法計(jì)算圓周率π68-72
• 5.1.1 計(jì)算圓周率π的MPI并行算法68-70
• 5.1.2 π值計(jì)算MPI并行程序測試結(jié)果及分析70-72
• 5.2 矩陣運(yùn)算并行計(jì)算72-77
• 5.2.1 矩陣乘法算法分析72-73
• 5.2.2 矩陣乘法MPI并行程序測試及分析73-77
• 5.3 fft快速傅里葉變換算法77-82
• 5.3.1 對MPI進(jìn)程間通信性能優(yōu)化前fft.c程序測試及分析77-79
• 5.3.2 對MPI進(jìn)程間通信性能優(yōu)化后fft.c程序測試及分析79-82
• 5.4 本章小結(jié)82-83
• 第六章 總結(jié)與展望83-85
• 6.1 全文總結(jié)83-84
• 6.2 展望84-85
• 致謝85-86
• 參考文獻(xiàn)86-89
• 作者在學(xué)期間取得的學(xué)術(shù)成果89

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