一种基于异构处理器的可动态布署设计与实现

针对卫星支持的多种生活服务需求实时切换、资源灵活智能调用需求,基于无线广域信号服务异构处理器,设计了一种即时高效、动态切换部署处理器功能的方案。通过对大资源FPGA及多片8核DSP多种功能定制结合动态部署设计,实现实时动态可重构处理器系统功能,将5种FPGA应用结合2种DSP应用程序动态组合,配合各功能任务架构需求重建控制、数据链路,完成多任务智能切换。

面向异构处理平台任务调度的麻雀优化算法

针对当前异构信号处理平台中各处理器任务数量分配不均衡、处理器性能发挥不完全以及系统运行效率低的问题,文中提出一种面向异构处理平台的麻雀优化算法。该算法利用了麻雀算法较强的全局寻优能力和麻雀种群内部的高效工作机制。在经典麻雀算法基础上,文中提出了符合任务调度的二进制异或编解码规则,将离散的任务分配方案映射为连续的麻雀位置信息。将处理器负载均衡指数作为适应度函数,选取每次迭代中的最优解;在麻雀遍历任务时,采用任务优先级分流排序策略。对通信密集型任务和计算密集型任务采取不同的计算式得到更符合任务特点的遍历顺序,生成随机任务图,并将所提算法同ICPA(Improved Critical Path Algortthm)算法进行对比。仿真结果表明,相比于ICPA算法,所提算法的负载均衡指数平均优化率为60%,各处理器负载情况更加均衡,能更好地发挥异构处理平台的整体效能。

基于轻量级的RISC-V异构处理器的安全模型研究

面对物联网的快速发展,需要低延时、高性能的处理器来实现关键数据的传输和保护,同时要提高处理器的硬件安全,减少非法用户对处理器的攻击。结合当前开源第五代精简指令集(Reduced Instruction Set Computing-Five,RISC-V)处理器架构优点,与现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)相结合,设计了异构处理器,提出了基于密码的安全启动模型。首先,细化RISC-V异构处理器的体系结构,设计轻量级密码启动安全模型TrustZone,实现处理器性能与安全的平衡,并结合FPGA的优点,实现定制化的专用协议与业务通信。其次,提出当前RISC-V异构处理器可实现的便捷途径,并基于此进行模型搭建和测试验证。验证结果表明,虽然采用TrustZone安全度量后处理器启动时间有所增加,但针对轻量级的处理器应用场景,在增强处理器安全的前提下,该启动时间开销是可以接受的。

基于异构处理平台的机载实时图像识别

近年来,深度神经网络模型在机载图像识别方面的应用场景不断扩大,为了满足神经网络模型对硬件资源更高的实时算力需求,适应机载场景下的设备运行条件,集合嵌入式异构处理器资源,选取FT-D2000/8作为主处理器进行算法调度,选取复旦微FMQL100TAI作为协处理器进行智能计算,并设计了具体的并行处理流程以加快计算过程。实验结果表明,相比于CPU单处理器,在CPU+NPU这样的异构处理平台下可以将图像识别帧率提高至2.8倍,同时识别精度误差控制在1.035%内,具有良好的性能功耗比表现。

适用于S-NUCA异构处理器的任务调度与热管理系统

异构多核处理器凭借其高性能、低功耗和广泛的应用场景而成为当前计算机平台的主流方案,且大容量的非均匀缓存架构(S-NUCA)具有较低的平均访问时间。然而,不断上升的晶体管规模给异构多核处理器的资源调度和功耗控制带来挑战,传统的调度算法在面对基于S-NUCA的多核处理器时忽略了核心之间的缓存访问延迟,且传统热管理方案只提供芯片级功率约束,容易使得系统因核心使用率降低而造成性能下降。为此,提出一种适用于S-NUCA异构多核系统、满足热安全约束的动态线程调度机制TSCDM。利用基于动态每周期指令(IPC)值的阶段检测技术,并基于人工神经网络预测线程的IPC值,以获取线程与核心类型的最佳绑定关系,依据S-NUCA缓存特性获得最优映射和基于任务分类的任务迁移策略。在此基础上,TSCDM基于片上热模型为每个核心实时分配功率预算。在HotSniper上运行SPLASH-2性能测试套件进行实验,结果表明,相较于传统调度方案与基于机器学习的调度方案,TSCDM在加速比和资源利用率上均表现出优势,TSCDM中使用的基于瞬态温度的安全功率算法相比传统热安全功率算法能够降低核心热余量,同时处理器的全频段均有更高的能效比。

基于异构处理器的新能源汽车车载终端的研究与设计

基于异构处理器STM32MP157设计新能源汽车车载终端,并搭载4G无线网络模块,实现数据的远程无线传输。文中异构处理器核心按功能定义可划分为实时核心和应用核心。其中,实时核心的主要功能是采集控制器局域网总线(controller area network,CAN)网络上的原始CAN报文数据,应用核心主要负责CAN报文的解析和上传工作,实时核心和应用核心之间通过处理器内部核间通信控制器、硬件信号量及共享内存等硬件外设实现不同核心之间的数据同步和交换。利用设计的新能源汽车车载终端,可实现对新能源汽车整车生命周期的管理和监控。

异构处理器间的一种图形并行生成方法

图形任务计算的复杂性及实时性要求高速计算．文中提出了一种异构处理器间的图形并行生成方法，在层次分割和多主体协作模式下，各处理器并行运作，一方面有效利用了环境中的计算资源，另一方面提高了各处理器的计算并行度．

移动设备中异构处理器平台的能量优化设计

由于移动设备含有多个传感器,系统往往需要运行连续的感知任务。移动设备中的应用处理器能有效地运行计算密集型任务,而对于连续的感知任务将消耗大量的能量。为了提高移动设备的能量利用率,在包含应用处理器和低功耗处理器的异构处理器上提出了一种异构处理器平台能量优化方法。首先,根据处理器平台的实际能耗和理想能耗提出了能量比例因子。其次,提出了含有两个异构处理器平台的应用程序划分方法。最后,通过模拟器实验验证了该方法的有效性。模拟实验表明,由于将感知任务迁移到低功耗处理器上运行,所提出的优化方法能大大提高移动设备的能量利用效率。

基于异构处理器的视频传输系统设计

为了克服多处理器系统传输效率低的问题,满足高分辨率视频的实时编码传输需求.采用单片FPGA+ARM架构处理器,提出一种视频传输系统设计方法,在FPGA中实现视频的采集和编码,在ARM中实现码流的网络封装及传输.该设计方法充分利用了FPGA高速处理大量数据的优势和ARM丰富的设计资源,能以较小的体积实现较高效的视频传输系统,相较于使用多处理器搭建的系统,具有更高的集成度和灵活性.测试结果表明系统运行流畅,基本可以实现视频的实时编码传输.

软件无线电异构处理器平台互连架构设计

针对由GPP/DSP/FPGA组成的软件无线电异构处理器平台中不同处理器间组件移植性差和软件开发复杂度高的问题,设计了符合调制解调级硬件抽象层(MHAL)规范并与软件通信体系结构(SCA)兼容的异构处理器平台互连架构,通过对硬件接口进行抽象和封装为应用软件提供一致的编程接口和通信机制,从而实现软硬件的分离,增强应用软件可移植性。

面向异构处理平台的任务调度算法

随着任务类型多样化和任务节点数目增多,传统调度算法以及一些改进算法得到的调度结果使系统整体运行时间延长,导致系统实时性下降。针对这一问题,提出一种面向异构处理平台的任务调度算法。首先,针对不同类型任务采用不同的排序策略,得到任务优先级列表;其次,充分考虑任务间的依赖关系,引入任务上行序值和下行序值权重因子,确定关键路径任务集合和关键处理器;最后,按照最早完成时间原则,结合空闲时隙插入策略和任务复制思想进行处理器分配。仿真结果表明,所提算法在同样的任务图中,能够降低任务调度中的通信开销,调度长度平均减少15%,调度加速比平均提高10%。

基于异构处理器的通信信道模拟平台设计

传统通信信道模拟平台主要采用纯硬件设计或纯软件设计,纯硬件设计导致开发周期过长、可扩展性较低、灵活性差等问题,纯软件设计导致系统精度与实际偏差较大、不方便通信系统测试等问题。针对这些不足,提出了一种基于异构处理器的软硬件结合通信信道模拟平台设计方法。该方法使用一片ARM+FPGA的异构处理器,在ARM中使用软件方法实现模拟平台的控制流,在FPG A中使用硬件方法实现模拟平台的数据流,使软硬件的各自优势得以体现,缩短了开发周期,提高了灵活性,同时方便通信系统的直接测试。使用标准仪器对该平台的测试结果表明,信道模拟结果正确有效,AWGN模拟精度达到0.5 dBm,延时精度达到0.1 ns,多普勒频移精度达到1 kHz。

异构处理器多操作系统协同技术研究

随着嵌入式设备应用场景日趋复杂的变化,异构多核架构逐渐成为嵌入式处理器的主流架构.目前,多核处理器主要采用的单操作系统模式在实际应用中存在诸多局限性.为了充分发挥异构处理器的多核特性,针对异构处理器不同核部署相应的操作系统并实现多操作系统协同处理技术至关重要.本文对异构多核处理器(ARM+DSP)操作系统进行了研究,在异构多核平台上成功移植了嵌入式Linux和国产DSP实时操作系统ReWorks;为实现ReWorks与Linux操作系统协同处理,本文对核间通信的关键技术进行分析研究,并以TI公司的AM5718为例,设计了一系列多核异构通信组件.经测试,本文设计的异构通信组件实现了在ARM上对DSP核进行ReWorks操作系统和应用程序的动态加载、Linux与ReWorks核间消息收发、以及Linux与ReWorks的协同计算等功能.

面向异构信号处理平台的量子调度算法

针对异构信号处理平台中已有调度算法的调度长度较大导致信号处理应用实时性下降问题,文中提出一种面向异构信号处理平台的量子调度算法。该算法采用任务优先级分流排序策略,得到更加准确的任务调度顺序。使用量子比特对任务分配方案进行编码,增加任务分配方案的多样性,且编码规则有助于跳出局部最优找到全局最优解。按照最小计算开销原则和任务复制思想进行处理器分配,减少任务间通信开销,并通过量子旋转门对量子编码方案进行更新,不断逼近最优解。仿真结果表明,所提算法能够减少调度长度,提升信号处理应用的实时性,进而提高平台的工作效率。

异构多平台信号处理任务调度研究

简单的并行计算或单一异构平台已经无法满足计算量大、复杂度高的信号处理和任务调度需求,异构多平台系统已经成为信号处理和任务调度的发展趋势。针对提高平台的吞吐量、处理器的利用率以及任务的感知等问题,文中对异构多平台信号处理模型进行了研究,并利用有向无环图对调度任务和软硬件资源建模。基于已提出的调度算法,对任务调度进行了归纳总结、对比分析,发现基于任务感知的混合调度算法能够较好地满足平台调度需求。利用基于任务感知的混合调度算法解决信号处理中的任务调度将是未来研究发展的趋势。

基于OpenVPX标准的异构融合处理模块软硬件协同设计研究

随着计算机软硬件技术的持续进步,机载计算平台集成的任务功能日益增多,导致平台内部的计算需求在规模和复杂性上不断攀升。面对智能化应用的迅猛增长,传统的单一处理器架构已不足以应对多样化的复杂任务。为此,基于OpenVPX标准,定义并设计了一种符合硬件开放式架构的3U异构融合处理模块,以适应多种复杂任务的需求。文中还提出了一种异构计算资源池化技术,旨在实现多类型任务应用的快速部署和高效运行,同时降低通信延迟,显著提升计算平台的处理能力和适用性。最后进行了实验验证,结果表明与多CPU架构相比,文中所设计的异构融合处理模块在执行特定神经网络算法时,处理时间缩短了约4.8倍,证明了其在性能上的显著提升。该研究成果不仅展示了异构融合处理模块在机载智能计算应用中的显著性能优势,而且为航空计算平台的未来发展提供了创新的解决方案和技术支持。

基于GSLF-SSA的异构多核处理器任务调度

为了提高异构多核处理器平台的计算性能,从任务调度的角度出发,提出了一种使用黄金正弦和莱维飞行机制改进的麻雀搜索算法(Fusion of Golden Sinusoidal and Levy Flight in Sparrow Search Algorithm,GSLF-SSA)来优化异构多核处理器的任务调度。通过对异构任务调度的分析,将异构任务建模为DAG(Directed Acyclic Graph)任务模型,通过对其优先级进行随机编码分配,实现了GSLF-SSA算法求解域从连续到离散的映射,使该算法更能适用于异构多核任务调度之中。将DAG任务的最优调度长度作为算法的适应度值进行迭代寻优,通过与目前应用广泛的麻雀搜索算法(SSA)、混合式任务调度算法(IHSSA)、人工蜂群算法(ABC)等多种启发式算法在异构任务调度环境下的实验对比表明,GSLF-SSA能获得更优的调度长度与更短的调度执行时间。

一种基于ZYNQ的异构多核处理器之间的通信方法

随着嵌入式技术的发展以及信号处理技术的发展,测控系统在跟踪、遥测、测距、遥控等任务中,对系统的计算能力以及数据的分发速率等方面的要求越来越高,数据的通信效率已然成为整个测控系统性能的关键性指标之一。异构多核处理器作为一种特殊的处理器架构,它结合了不同类型的处理器,以此提供了更高的计算性能,被越来越多的应用到嵌入式测控系统中。

一种基于异构多核处理器的共享内存设计

随着集成电路技术的日趋复杂化,嵌入式技术实现了从单核向多核的发展,在航空、航天、汽车等领域中,非对称多核处理器已成为现今主流的异构多核处理器架构。非对称多核处理器采用不同类型和不同核心数量的处理器单元,多个处理器运行各自的独立应用程序且相互之间隔离。为了充分发挥异构处理器的多核特性,针对非对称多核处理器不同核部署不同应用,多核之间的通信技术非常关键,因此设计了一种基于异构多核处理器的共享内存实现核间的数据交互,并在实际工程实践中验证了该方法的实用性。

基于麻雀搜索算法的异构多核处理器任务调度

为满足应用程序的多样性需求,提高异构多核环境下的任务调度效率,基于麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA),提出一种新的异构多核处理器任务调度算法。该问题是以执行任务完成的时间最短为目标,并使用SSA对其优化。根据任务优先权规则,设计任务分配编码方案,将麻雀搜索空间映射到离散空间,使麻雀搜索算法更能适用于离散的异构多核任务调度问题研究上。实验表明,SSA寻优能力强、收敛速度快、性能好。与目前应用广泛的GA和IPSO相比较,其执行时间分别缩短21.48%和17.52%。在异构多核处理器任务调度领域中具有良好的研究意义,应用前景十分广泛。