基于多核平臺(tái)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

《多核平臺(tái)下串行程序運(yùn)行時(shí)的自動(dòng)并行化加速方法》涉及的是一種計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種多核平臺(tái)下串行程序運(yùn)行時(shí)的自動(dòng)并行化加速方法。

多核平臺(tái)下串行程序運(yùn)行時(shí)的自動(dòng)并行化加速方法專利目的

《多核平臺(tái)下串行程序運(yùn)行時(shí)的自動(dòng)并行化加速方法》的目的在于提供一種多核平臺(tái)下串行程序運(yùn)行時(shí)的自動(dòng)并行化加速方法。該發(fā)明新增可共享讀取的程序計(jì)數(shù)器寄存器組，并在操作系統(tǒng)中建立自動(dòng)并行加速線程，選擇一個(gè)線程作為加速的對(duì)象，然后實(shí)時(shí)地分析此線程將要執(zhí)行到的指令代碼，并對(duì)其中執(zhí)行循環(huán)的指令代碼進(jìn)行修改，達(dá)到使被加速線程自動(dòng)并行執(zhí)行的目的。

多核平臺(tái)下串行程序運(yùn)行時(shí)的自動(dòng)并行化加速方法技術(shù)方案

《多核平臺(tái)下串行程序運(yùn)行時(shí)的自動(dòng)并行化加速方法》包括以下步驟：

第一步，建立一個(gè)共享讀取的程序計(jì)數(shù)寄存器組SPC，該寄存器組中寄存器的個(gè)數(shù)與CPU核的數(shù)目相同，每個(gè)寄存器分別與對(duì)應(yīng)的CPU核相連以實(shí)時(shí)地儲(chǔ)存該CPU核的程序計(jì)數(shù)器值。

所述的共享讀取是：每個(gè)CPU核實(shí)時(shí)讀取寄存器組中每個(gè)寄存器存儲(chǔ)的其它CPU核的程序計(jì)數(shù)器值。

第二步，當(dāng)存在空閑的CPU核時(shí)，進(jìn)行加速對(duì)象選擇處理，得到自動(dòng)并行加速線程的加速對(duì)象為線程P。

所述的加速對(duì)象選擇處理，是：當(dāng)正在運(yùn)行且未被加速的用戶線程中存在CPU占用率最高的線程時(shí)，則選擇該線程作為自動(dòng)并行加速線程的加速對(duì)象；否則，時(shí)間t后，再次選擇正在運(yùn)行且未被加速的用戶線程中CPU占用率最高的線程作為自動(dòng)并行加速線程的加速對(duì)象，直至得到自動(dòng)并行加速線程的加速對(duì)象。

第三步，當(dāng)線程P存在已分析指令集合S_p時(shí)，載入該集合S_p；否則，為線程P新建一個(gè)集合S_p，對(duì)線程P所在的CPU核進(jìn)行讀取處理，得到線程P所在的CPU核當(dāng)前正在讀取的指令I(lǐng)_c，并由I_c追蹤線程P下一條將要執(zhí)行指令的地址，將追蹤分析的指令代碼和跳轉(zhuǎn)關(guān)系加入集合S_p中。

所述的讀取處理，是：讀取線程P所在的CPU核的程序計(jì)數(shù)寄存器的值，將得到的虛擬地址轉(zhuǎn)換為物理地址，然后從該物理地址得到線程P所在的CPU核正在執(zhí)行的指令I(lǐng)_c，當(dāng)集合S_p中包括指令I(lǐng)_c時(shí)，刪除集合S_p中I_c以前的指令記錄，并根據(jù)集合S_p追蹤線程P下一條將要執(zhí)行的指令；否則，清空集合S_p。

第四步，采用第三步的方法，得到線程P將要執(zhí)行的所有指令，當(dāng)集合S_p中每次加入條件轉(zhuǎn)移指令后且集合S_p中存在循環(huán)代碼時(shí)，進(jìn)行進(jìn)度校驗(yàn)和替換處理。

所述的進(jìn)度校驗(yàn)，是：重新讀取指令I(lǐng)_c，當(dāng)指令I(lǐng)_c不在集合S_p中時(shí)，清空集合S_p，然后從指令I(lǐng)_c開始追蹤；當(dāng)指令I(lǐng)_c在集合S_p中、線程P走向該循環(huán)且線程P已經(jīng)開始執(zhí)行該循環(huán)，則選取循環(huán)接收后第一條語(yǔ)句作為待分析指令，并清空集合S_p；當(dāng)指令I(lǐng)_c在集合S_p中、線程P走向該循環(huán)且線程P未執(zhí)行該循環(huán)，則對(duì)該循環(huán)進(jìn)行替換處理；當(dāng)指令I(lǐng)_c在集合S_p中但線程P未走向該循環(huán)時(shí)，則刪除集合S_p中I_c以前的指令記錄，并繼續(xù)追蹤。

所述的替換處理，包括以下步驟：

1）當(dāng)循環(huán)的總工作量大于閾值G時(shí)，生成并行化執(zhí)行該循環(huán)的代碼，執(zhí)行該循環(huán)的代碼出口語(yǔ)句跳轉(zhuǎn)到原循環(huán)出口對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句，且將新生成的代碼單獨(dú)放在一個(gè)或若干個(gè)內(nèi)存頁(yè)中；否則，放棄替換該循環(huán)，并刪除集合S_p中I_c以前的指令記錄，繼續(xù)追蹤；

2）生成代碼后，進(jìn)行進(jìn)度校驗(yàn)，當(dāng)通過進(jìn)度校驗(yàn)時(shí)則中斷線程P，且中斷線程P后再次進(jìn)行校驗(yàn)，再次通過進(jìn)度校驗(yàn)后，執(zhí)行3）；否則，線程P繼續(xù)運(yùn)行；

3）將1）生成的代碼所在的內(nèi)存頁(yè)分配給線程P，并修改原循環(huán)起始地址的二進(jìn)制代碼為跳轉(zhuǎn)到新生成代碼的起始位置，在集合S_p中刪除原循環(huán)對(duì)應(yīng)指令，加入新生成的代碼指令；

4）替換完成后通知線程P繼續(xù)執(zhí)行，繼續(xù)分析后續(xù)代碼。

所述的通過進(jìn)度校驗(yàn)是指：指令I(lǐng)_c在集合S_p中、線程P走向該循環(huán)且線程P未執(zhí)行該循環(huán)。

第五步，當(dāng)線程P被調(diào)度出CPU核時(shí)，系統(tǒng)以中斷方式將該事件連同當(dāng)時(shí)的SPC_p值發(fā)送給自動(dòng)并行加速線程，當(dāng)自動(dòng)并行加速線程正在替換處理中時(shí)，則使用此時(shí)的SPC_p值作為讀取I_c的依據(jù)，繼續(xù)執(zhí)行替換處理直到退出該步驟；否則，自動(dòng)并行加速線程根據(jù)當(dāng)時(shí)的SPC_p值讀取I_c，清空或更新集合S_p，其結(jié)果等待線程P被調(diào)入時(shí)繼續(xù)使用。

第六步，返回第二步，開始處理新的需要加速的線程。

多核平臺(tái)下串行程序運(yùn)行時(shí)的自動(dòng)并行化加速方法改善效果

與2010年之前的技術(shù)相比，《多核平臺(tái)下串行程序運(yùn)行時(shí)的自動(dòng)并行化加速方法》的有益效果是：2010年之前的技術(shù)使用不方便，需要重新開發(fā)程序或者重新編譯原來的代碼，而該發(fā)明在運(yùn)行時(shí)對(duì)程序進(jìn)行自動(dòng)并行，不用對(duì)已有程序進(jìn)行預(yù)先的處理，整個(gè)過程由操作系統(tǒng)完成，對(duì)于用戶完全透明。該發(fā)明能夠在有空閑的CPU核時(shí)自動(dòng)利用空閑資源對(duì)程序進(jìn)行并行加速，免去等待預(yù)先處理程序的時(shí)間，也省去用戶手動(dòng)轉(zhuǎn)換程序的麻煩。