嵌入式并行计算管理中间件技术研究

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目前,嵌入式系统正向分布式方向发展。同时,随着多核技术的发展,以多核处理器构成单节点的多嵌入式系统逐渐成为嵌入式并行计算发展的一个新趋势。高效可行的多嵌入式系统,需要有软件系统对多嵌入式系统进行有效管理。多核多嵌入式系统管理除了要考虑对多节点的管理,还要考虑节点内部的管理,以充分利用多核,提高系统资源利用率。本文针对部署于多嵌入式系统的基于组件的流水线并行计算场景,重点对多核多嵌入式系统管理中间件技术展开研究。以组件为基本对象,本文研究工作主要分为以下四个方面:1)对组件开发的管理。设计了一种“容器化”组件模型,完成组件配置接口、基于VSIPL的数据划分接口、基于VSIPL的算法构件库设计,最大程度规范化组件开发流程。2)对组件多核利用的管理。实现了一种基于VxWorks操作系统的多核并行编程模型,由任务池、环形队列、任务调度器、任务执行器相互协作形成并行计算子任务管理机制。3)对多组件连接的管理。完成了基于UDP广播的发布订阅式多组件连接管理模型设计,使得组件连接关系改变时,采用此模型能最小化修改组件层代码。4)对多组件运行时的管理。提出“管理组件”“本地代理管理组件”+“计算组件守护进程”的主从式管理架构,形成对多组件的实时监控、动态部署,最终实现系统的负载均衡。本文基于T4240平台对多核多嵌入式系统并行计算管理框架进行实验测试。测试结果表明:调用基于VxWorks的多核并行编程模型带来的额外时间开销在10%以内,其并行计算子任务管理机制能充分利用多核,实现多核间负载均衡。多组件运行时管理系统能够对组件进行实时监控和动态部署,通过任务调度实现节点内、节点间负载均衡。
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