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随着现代社会的快速进步,原有的单核处理器已经不能满足人们的需求,多核技术应运而生。通过将两个或更多个处理器核集成在一个芯片上,使一个程序可以同时运行在多个计算引擎上,真正缩短了执行时间,提高了计算效率。
目前多核系统设计的一大重点及难点在于如何有效分解计算任务,然后并行执行,使开发出的软件很好地支持多处理器核硬件系统。针对该问题,本文提出了一种基于通用划分策略的多核系统设计方法。该通用划分策略一方面在硬件设计中按照处理器核对外设进行分组,从而减轻单个处理器核服务外设的负担;另一方面在软件设计中基于外设分组编写各处理器核上的软件;同时要使用共享存储器等机制实现核间消息通信。
本文基于对嵌入式处理器NiosⅡ多核系统开发技术细节的研究,使用SOPC Builder工具创建了包含两个NiosⅡ处理器核的多核系统,处理器核间使用硬件邮箱IP核共享消息存储器,并将此多NiosⅡ核系统集成到了QuartusⅡ硬件工程中,从而搭建了一个可以运行在FPGA开发板上的完整的硬件平台。接下来,本文对μC/OS-Ⅱ操作系统中任务管理机制、消息队列管理机制及时间管理机制等进行了分析,并进一步设计了运行在已搭建好的多NiosⅡ硬件系统上用于测试多核系统功能及性能表现的应用软件。最后,本文对本设计中硬件和软件两方面的系统测试结果进行了分析和总结。