一種多處理器并行計算機系統(tǒng)的設(shè)計
1 引言
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/202587.htm在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天,對于計算機的使用可以說無處不在。特別是在軍工領(lǐng)域,計算機充當(dāng)了軍事控制和數(shù)據(jù)處理的核心,人們對計算機的性能要求也越來越高。一些特殊領(lǐng)域,如雷達、導(dǎo)航等對計算機的處理速度、實時性的要求不斷提高。人們采用了多種方法來解決這些不斷增長的技術(shù)指標(biāo)要求,本文介紹的多處理器并行計算機的軟硬件設(shè)計,是采用多個CPU 進行并行數(shù)據(jù)處理的方法來提高單板的運算性能。
多處理器并行計算機系統(tǒng)是屬于并行結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)模型,每一個處理器都需要具有自己局部存儲器,以存儲自己的應(yīng)用程序并能夠獨立高速并行計算;同時,該系統(tǒng)需要具有高速通信的互連網(wǎng)絡(luò),可以把并行數(shù)據(jù)塊高速分布在各個處理器的局部存儲器中,以提高并行系統(tǒng)的效率。該計算機結(jié)構(gòu)設(shè)計可以采用共享存儲器(雙端口RAM)互連的松耦合不對稱處理器配置。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,圖中的各個處理器都具有自己的高速局部存儲器,可高速獨立的并行進行計算,各個處理器之間由雙端口存儲器互連組成高速星型通信網(wǎng)絡(luò),由于雙端口存儲器具有很高的通信速率,靈活的通信協(xié)議建立方式,因此雙端口存儲器互連的松耦合多CPU 并行計算機具有如下優(yōu)點:
⑴ 通信帶寬寬。CPU 訪問雙端口存儲器可以采用字節(jié)/字/雙字長度進行,數(shù)據(jù)讀/寫速度高。
⑵ 結(jié)構(gòu)簡單。處理器和雙端口存儲器直接相連,不需要其它接口電路,可實現(xiàn)可靠的雙向信息傳送。
⑶ 具有可剪裁性。根據(jù)需要可增加或減少處理器數(shù)量。
⑷ 擴展性強。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可適合各種處理器。
圖1所示的多個處理器的計算機模型中,CPU可以采用Intel x86 系列、PowerPC 系列、ARM系列等處理器。Boot Processor(即主處理器)負責(zé)對系統(tǒng)管理,通過它可以協(xié)調(diào)各個Application Processor(即從處理器)的工作,同時Boot Processor 也對共享存儲器進行初始化。為了提高系統(tǒng)的上電效率,每個處理器都需要帶有自己的fash 電子盤來存儲程序,每個處理器都可以外掛設(shè)備(比如網(wǎng)絡(luò)、鍵盤等)。
圖1 共享存儲器互連的并行計算機
3 多處理器并行計算機的軟件設(shè)計
為提高處理器的執(zhí)行效率,一般計算機系統(tǒng)都采用實時多任務(wù)操作系統(tǒng),本文以嵌入式VxWorks操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)論述多CPU 并行計算機的軟件設(shè)計方法。
3.1 共享存儲器網(wǎng)絡(luò)
在VxWorks 操作系統(tǒng)中,多CPU 之間的通信使用共享存儲器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(Shared-Memory BackplaneNetwork)。該技術(shù)采用虛擬網(wǎng)絡(luò)來管理共享存儲設(shè)備。共享存儲器網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動允許多個處理器之間的通信采用網(wǎng)絡(luò)形式,使用規(guī)范符合BSD4.4 兼容模式。共享存儲器可以駐留在CPU 主板上也可以駐留在單獨的存儲器板上。
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