多核采用是許多高性能和低功耗計(jì)算應(yīng)用程序滿足不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)和用戶需求的關(guān)鍵。但是，如果沒(méi)有適當(dāng)考慮相關(guān)的遷移挑戰(zhàn)，可能會(huì)破壞性能和功率增益，并嚴(yán)重危及安全關(guān)鍵系統(tǒng)的實(shí)施。亞利桑那州立大學(xué)計(jì)算與信息學(xué)院教授 Yann-Hang Lee 參與了研究，以開(kāi)發(fā)使多核集成更順暢的工具，特別是針對(duì)旨在遷移到多核架構(gòu)的日益高性能的汽車系統(tǒng)。

“多核開(kāi)發(fā)最具挑戰(zhàn)性的部分是您必須劃分原始任務(wù)，并且必須在多核架構(gòu)上運(yùn)行的子任務(wù)之間提供適當(dāng)?shù)膮f(xié)調(diào)，”Lee 說(shuō)。“到目前為止，大多數(shù)軟件開(kāi)發(fā)基本上都假設(shè)你有一個(gè)處理器在運(yùn)行，所以你的軟件設(shè)計(jì)工具、軟件開(kāi)發(fā)工具、你的心態(tài)，所有這些都必須改變才能采用多核?！?/p>

Lee 通過(guò) ASU 嵌入式系統(tǒng)中心 （CES） 進(jìn)行的部分研究涉及創(chuàng)建一種工具，以優(yōu)化汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的多核實(shí)現(xiàn)中的并行化。Lee 說(shuō)，汽車公司正在考慮采用多核，以利用下一代處理器并獲得更高的性能以更好地控制發(fā)動(dòng)機(jī)。通過(guò)多核架構(gòu)獲得的更高性能會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能、乘坐舒適性，甚至可能會(huì)節(jié)省燃油，但發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵時(shí)序必須準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)移到多核架構(gòu)。

“發(fā)動(dòng)機(jī)控制是時(shí)間緊迫的，”李說(shuō)?！皳Q句話說(shuō)，到某個(gè)時(shí)間你需要提供輸出，這是一個(gè)設(shè)計(jì)約束。當(dāng)我們拆分作業(yè)以在多核架構(gòu)上運(yùn)行它時(shí)，我們還必須確保在截止日期內(nèi)計(jì)算輸出?！?/p>

此外，汽車順序遺留代碼不能自動(dòng)并行化，因此必須研究將發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)從單核處理器遷移到多核處理器的策略。

本項(xiàng)目采用基于模型的開(kāi)發(fā)方式；計(jì)算從高級(jí)模型開(kāi)始，Lee、Georgios Fainekos 助理教授和他們的研究團(tuán)隊(duì)研究如何將計(jì)算分解為并行單元，并檢查如何將任務(wù)分配給內(nèi)核以及通信時(shí)間以了解行為。他們正在開(kāi)發(fā)一個(gè)程序來(lái)自動(dòng)生成適當(dāng)?shù)男袨椤?/p>

“我們?cè)噲D了解程序行為并根據(jù)模型生成程序，”Lee 說(shuō)?！叭缓笪覀冞M(jìn)行核心生成和后續(xù)驗(yàn)證，以確保在截止日期之前完成執(zhí)行?！?/p>

迄今為止，Lee 的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一個(gè)用于多核程序執(zhí)行的平臺(tái)，他們可以使用 Simulink 模型自動(dòng)生成運(yùn)行該平臺(tái)的內(nèi)核（圖 1）。

圖 1：發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的控制邏輯和控制規(guī)律模型。

“這個(gè)平臺(tái)有一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）來(lái)支持多核之間的通信和同步，我們可以研究 Simulink 模型來(lái)生成適當(dāng)?shù)耐胶屯ㄐ艡C(jī)制來(lái)支持核間通信以及每個(gè)核心內(nèi)的通信，”李說(shuō)?！拔覀冇幸粋€(gè)可運(yùn)行的原型來(lái)促進(jìn)程序執(zhí)行、基于模型的核心生成以及在多核架構(gòu)中的執(zhí)行?！?/p>

目標(biāo)是讓 CES 成員公司深入了解嵌入式控制算法并行化的有效設(shè)計(jì)方法和編程方法。Lee 的團(tuán)隊(duì)正在繼續(xù)分析和優(yōu)化模型，并構(gòu)建模型以驗(yàn)證可調(diào)度性，或確保在最壞的情況下任務(wù)將在截止日期之前完成。

審核編輯：郭婷