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專家觀點(diǎn)：在多核軟件設(shè)計(jì)中提供協(xié)同性

時(shí)間：2007-08-23 09:55:34

關(guān)鍵字：軟件設(shè)計(jì) BSP RTOS 節(jié)點(diǎn)

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[導(dǎo)讀] 多核處理器給傳統(tǒng)的嵌入式軟件設(shè)計(jì)領(lǐng)域添加了新的性能尺度。為了利用多核處理器的優(yōu)勢，開發(fā)商必須掌握協(xié)同和并行代碼編寫的詳情。在自頂向下的順序編程方法中，當(dāng)映射到并行硬件時(shí)，控制模型存在固有的局

多核處理器給傳統(tǒng)的嵌入式軟件設(shè)計(jì)領(lǐng)域添加了新的性能尺度。為了利用多核處理器的優(yōu)勢，開發(fā)商必須掌握協(xié)同和并行代碼編寫的詳情。

在自頂向下的順序編程方法中，當(dāng)映射到并行硬件時(shí)，控制模型存在固有的局限性。相比之下，利用數(shù)據(jù)流模型，在方框圖上的節(jié)點(diǎn)被連接到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，以表達(dá)邏輯執(zhí)行流，并且它們能被方便地用于表達(dá)并行處理。當(dāng)一個(gè)方框圖節(jié)點(diǎn)接收所有需要的輸入時(shí)，它產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)并把那個(gè)輸出傳遞到數(shù)據(jù)流路徑上的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。數(shù)據(jù)通過節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)確定在方框圖上的各個(gè)功能的執(zhí)行順序。

數(shù)據(jù)流語言的固有并行特性非常適合于對(duì)協(xié)同系統(tǒng)進(jìn)行編程。

在多核設(shè)計(jì)中，選擇正確的方法來表達(dá)并行處理是至關(guān)重要的；然而，僅僅那樣并不足以確保一個(gè)項(xiàng)目的成功。在開發(fā)為多核處理器準(zhǔn)備的軟件的過程中，檢查完整的軟件堆棧有助于評(píng)估關(guān)鍵的問題。

實(shí)時(shí)軟件堆棧由開發(fā)工具、庫、設(shè)備驅(qū)動(dòng)器和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)等組成。大多數(shù)公司在實(shí)時(shí)軟件堆棧上構(gòu)建的上一代應(yīng)用都是針對(duì)單處理器設(shè)計(jì)的。把這種軟件移植到多核處理器的公司體驗(yàn)了不同級(jí)別的可擴(kuò)展性。

除錯(cuò)工具是開發(fā)商用來深入分析代碼在多核硬件上運(yùn)行過程的關(guān)鍵軟件堆棧要素之一。在調(diào)試多核系統(tǒng)的過程中，可視化發(fā)揮特別關(guān)鍵的作用，因?yàn)樗兄陂_發(fā)商查看多個(gè)核心在同一時(shí)間的運(yùn)行情況。

在軟件堆棧的底層—上面的每一層都依賴它—是RTOS。多核系統(tǒng)以對(duì)稱多處理(SMP)或不對(duì)稱多處理(ASMP)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)架構(gòu)方案。RTOS至少要支持一種處理。

在SMP系統(tǒng)中，處理器安裝在同一電路板或芯片上，并共享全局資源，如存儲(chǔ)器、總線和外設(shè)。通用操作系統(tǒng)—如Windows、Mac和LinuxOS—多年來就支持SMP。然而，一個(gè)RTOS的確定性行為必須被保護(hù)，以滿足硬實(shí)時(shí)時(shí)序約束的要求，與此同時(shí)，在不同的處理器之間分配任務(wù)，因此，對(duì)于要實(shí)現(xiàn)的RTOS供應(yīng)商來說，SMP是一項(xiàng)附加的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)上，非常少的商用RTOS支持這種功能，盡管在過去的幾年中，確實(shí)一窩蜂地添加這種支持。QNX的Neutrino和NI的LabVIEWReal-TimeOS就是支持SMP的兩個(gè)例子。SMP的優(yōu)勢在于操作系統(tǒng)在可用的處理器核心上處理自動(dòng)加載的平衡任務(wù)。

在不對(duì)稱多處理系統(tǒng)中，各個(gè)處理器彼此之間不共享資源。每一個(gè)處理器都需要一個(gè)操作系統(tǒng)(與此相反，SMP僅僅需要一個(gè)操作系統(tǒng))，因此，就招致了更多的開發(fā)開銷。處理器必須被獨(dú)立的編程，并且要實(shí)現(xiàn)在各個(gè)處理器之間傳輸數(shù)據(jù)的通信方案。

對(duì)于多核開發(fā)來說，選擇具有SMP支持的操作系統(tǒng)是推薦的實(shí)現(xiàn)方案，因?yàn)樗軌虬l(fā)揮自動(dòng)加載平衡的優(yōu)勢。

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