一種多處理器并行計算機系統(tǒng)的設(shè)計

3.3 共享存儲區(qū)的網(wǎng)絡(luò)心跳

在多CPU 系統(tǒng)中，所有的處理器只有當(dāng)共享存儲區(qū)域初始化后才可以通過網(wǎng)絡(luò)進行通信，所以各個處理器需要知道共享網(wǎng)絡(luò)是否處于激活狀態(tài)或是就緒狀態(tài)。在這里采用心跳檢測的方法使各個處理器得知網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。

心跳（heartbeat）是一個計數(shù)器，它被主處理器每1 秒進行計數(shù)，其他處理器靠監(jiān)視心跳值來確認(rèn)共享網(wǎng)絡(luò)是否處于正常。其他處理器監(jiān)視心跳一般是每隔幾秒進行一次（根據(jù)具體情況而定）。共享存儲器心跳偏移地址被放置在共享存儲器包頭的第5個4 個節(jié)的字中。如圖3 所示。

圖3 心跳數(shù)據(jù)包

3.4 處理器之間的通信

處理器之間通信可以采用中斷方式也可以采用查詢方式。每一個處理器都有一個輸入隊列用來接收其它處理器發(fā)送來得的數(shù)據(jù)包，當(dāng)采用查詢方式時，處理器以固定時間間隔查詢隊列是否接收到數(shù)據(jù)。當(dāng)使用中斷方式時，發(fā)送處理器通知接收處理器輸入隊列中有數(shù)據(jù)。中斷方式可以采用總線中斷或是郵箱中斷，它比查詢方式更有效。

多CPU 的并行系統(tǒng)類似于一個嵌入式分布式系統(tǒng)，它們之間的通信可采用分布式消息隊列、分式數(shù)據(jù)庫技術(shù)。分布式消息隊列和分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合，給系統(tǒng)中的所有處理器提供了一個透明化的通信平臺。處理器訪問分布式消息隊列，就好象是訪問自己的資源一樣。分布式消息隊列技術(shù)可以簡化應(yīng)用程序的設(shè)計，加快系統(tǒng)開發(fā)。

3.5 多處理器之間的資源分配

在具有多處理器的單板計算機系統(tǒng)中，最重要的一點是要考慮任務(wù)的并行執(zhí)行效率，多個處理器均需要訪問外圍設(shè)備和進行數(shù)據(jù)通信，這樣就存在外部設(shè)備的分配問題。

對設(shè)備資源的分配，有兩種：一是定制（即靜態(tài)分配），即單板計算機在設(shè)計時就將資源分配好，缺點是適應(yīng)性不強，資源不能根據(jù)用戶的需求而改動；二是動態(tài)分配，在板上加載FPGA 邏輯，預(yù)留軟件接口，用戶可根據(jù)任務(wù)的要求動態(tài)指定。整個資源控制是透明的，不需要知道是哪個CPU控制。在硬件設(shè)計時，要考慮對CPU及外部設(shè)備訪問的仲裁、優(yōu)先級設(shè)置等，防止由于訪問臨界資源而造成的沖突。軟件則應(yīng)該指定是那一個CPU使用特定設(shè)備，其余CPU 訪問時要互斥進行。

4 多處理器并行計算機的性能

在該系統(tǒng)中采用CPU 類型為Intel Pentium3處理器，主頻是700MHz。測試方法，用相同功能的數(shù)據(jù)處理算法，將之分解為模塊，分別運行在系統(tǒng)的各個處理器中。測試結(jié)果分析，和單CPU相比，采用兩塊CPU處理，運算性能可提高60%~70%；采用三塊CPU，運算性能至少達到2倍。我們知道，影響這個測試結(jié)果的最大因素是測試方法，將相同功能的算法分解到多個處理器，分解的方法直接決定綜合處理效率。但可以肯定，多個處理器并行處理設(shè)計，可大大提高系統(tǒng)的運算效率。

5 結(jié)束語

多CPU 的并行計算機技術(shù)，在很大程度上提高了系統(tǒng)計算速度，突破了單CPU 處理速度的極限。同時采用多個CPU 的單板計算機設(shè)計，可以減少計算機系統(tǒng)的體積、降低開發(fā)成本、減少系統(tǒng)的開發(fā)周期。本文中介紹的技術(shù)，在我所設(shè)計的計算機系統(tǒng)中已經(jīng)實現(xiàn)并且得到軟硬驗證，所采用的CPU 類型包括DSP、pentium3 等系列。