[发明专利]一种异构多核处理器的核间通信调度系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机领域，具体涉及异构多核处理器核间的通信及调度控制技术。

背景技术

当前多核处理器主要有两种结构，一种是对称同构多核处理器，这种处理器中各个核具有相同的处理器结构，共享内存和外设，主要用于通用计算机领域。一种是异构多核处理器，他们具有不同结构的处理器内核，有各自的内存空间和外设，每个处理器核具有自己的系统时钟频率，通过处理器通信接口和部分共享内存等进行通信，这种处理器主要用于嵌入式设备领域。根据处理器的结构，在多核处理器上的调度控制系统大体分成2类：一是以对称处理技术SMP(Symmetric Multiprocessing)为主的系统。SMP要求各个处理器结构必须要求一致，所有核上运行单一的调度系统映像，共享SMP内核的数据和代码，通常用于对称多核处理器。二是基于非对称处理AMP(Asymmetric Multiprocessing)技术的主从式系统。在不同结构的处理器中运行具有不同功能不同构架的系统内核，主要应用于非对称异构多核处理器。应用这种调度控制方法的主要为嵌入式操作系统。

由于异构多核处理器各个核在处理器结构、频率、共享内存的编址等不同，每个处理器可以在公共全局内存中有自己的分区，加上共享内存空间一般比较小，不足以运行较为完善的操作系统。因此，SMP不适合非对称异构多核处理器。

如发明专利申请200510087321在共享内存区中分配内存作为多核共享消息池；源核将要发送的消息写入多核共享消息池；源核将所述消息在多核共享消息池中的地址、目的任务标识通过数据管道发送给目的核；目的核将多核共享消息池中所述地址存放的消息传送给目的任务。这种方法在对称多核处理器中是可行的，但在异构多核处理器中，在共享消息池中的消息在不同的核中编址是不一样的，任务的标识也可能存在相同，不能通过这种方法将消息和数据准确地从一个核传送到另一个核中。因此，这种方法在异构多核处理中并不适用。

针对这种情况，基于AMP技术的主从结构的多核调度方法被提出，在异构多核处理器中的不同核中采用不同结构和功能的调度内核，不同的操作系统内核的功能和调度方式可能不一样，这种主从式调度系统采用非对称处理技术来设计构架，它们的主要特点是根据处理器的功能特点采用AMP技术将调度系统也分成主从式结构，主调度系统和从调度系统存在差异。调废系统间通信主要利用处理器间的通信接口，在不同核中的调度系统内核的调度方式是不一样的，一个内核作为主调度器，负责整个多核处理器管理和调度，其余的内核作为从调度器，负责本处理器核的调度与管理，同时接收主调度器的管理。

如发明专利申请200710198568就是针对异构多核处理器提出的一种调度方法。该专利申请通过采用主从式管理结构，使得运行于主核上的操作系统有对异构多核系统中所有资源的主导管理能力，监控异构多核系统的整体运行，并在必要的时候向对方发出行为调整命令，要求对方调整其行为，从核上的操作系统实时接受主操作系统传递过来的行为调整命令并进行调整，从而使多核异构系统中的主核操作系统与从核操作系统之间可以互相沟通与约束，解决了主核操作系统与从核操作系统之间无法协调与调度的问题。

由于在许多应用中采用的异构多核处理器，每个处理器核有自己的系统时钟、私有内存、私有外设等，同时还有部分共享内存，共享内存在不同核中的编址也各不相同。能够独立完成一些功能。根据任务的性质将不同任务分配到不同的核上运行，如用于控制的任务放在一个核中，用于人机交互的任务放在一个核中，用于通信与信息处理的任务放在一个核中，因此这些任务的功能相对独立，可以在不同的处理器核中同时运行，各个处理器核间的任务只需要进行少量数据的交互。如果采用主从式调度系统，主从调度系统之间构架和实现都是非对称，在不同的核中运行不同结构的调度器，不仅增加了调度系统的实现难度，同时也为调度器的使用和移植增加复杂性。

在许多场合，异构多核处理器核间不仅传递简单消息，还存在量较大的数据传输。对于这种多核处理器，处理器之间的通信除了可以通过通信接口进行少量数据通信以外，还可以利用共享内存实现大量数据的交换。主从式调度系统由于在调度控制方法上存在异构性，主要通过核间通信接口来传递消息与数据。由于核间通信有小于通信接口单次传输的数据，也有大于单次传输的数据。如果采用通信接口来传送大于单次传送的数据，需要多次传输、读写和保存操作，通信速率和数据量都受到限制，这样效率就降低了，整个处理器的性能得不到充分发挥。