多內核設計的三種設計模式概述

使用多處理器內核要求軟、硬件團隊之間進(jìn)行更多的系統級設計合作?；谶@種理念，下面是對采用當前開(kāi)發(fā)工具和硬件直接實(shí)現多內核系統的三個(gè)簡(jiǎn)單模型的概述。這些多內核設計模式不是一個(gè)為了嚴格定義一個(gè)系統的剛性模型，而是針對思考和探討關(guān)于系統實(shí)現宏偉藍圖的初始點(diǎn)，以及規定了一套通用術(shù)語(yǔ)以便軟、硬件團隊都能設計出一個(gè)多內核系統結構。

三種設計模式

1． 平面模式

第一種模式是平面模式(Planar Pattern)，這個(gè)名稱(chēng)源于劃分一個(gè)通信系統的處理任務(wù)的“控制平面”和“數據平面”。它是一個(gè)廣泛的和不同類(lèi)型的多內核設計實(shí)例，這種多內核設計統稱(chēng)為非對稱(chēng)多處理技術(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)“AMP”或“ASMP”)。

如果采用平面模式，系統需要劃分成具有顯著(zhù)不同處理要求的多個(gè)自包含模塊。在其標準的通信和媒體處理形式中，該模式的優(yōu)點(diǎn)是在一個(gè)專(zhuān)用的DSP或網(wǎng)絡(luò )處理器上運行需要進(jìn)行大量數據處理的算法，同時(shí)在一個(gè)通用的CPU上保持其它系統軟件的正常運行。這種特殊性意味著(zhù)平面模式系統通常在專(zhuān)門(mén)構件的硬件上實(shí)現。由于許多平面硬件設備僅有一個(gè)通用CPU內核，因此傳統的單內核工具、操作系統和設計方法都可用來(lái)設計和調試系統的通用部分。

2． 片上柵格模式

片上柵格(Grid-on-Chip，或簡(jiǎn)稱(chēng)“柵格”)模式是平面模式的演繹，包含由許多完全獨立的和網(wǎng)絡(luò )互連的節點(diǎn)組成的任意多處理器系統。柵格是辦公計算機網(wǎng)絡(luò )的片上版本，它是共享相鄰物理鏈路但彼此獨立的許多網(wǎng)絡(luò )處理節點(diǎn)。一些文獻將該類(lèi)型系統稱(chēng)之為分布式多處理系統，且仍將其歸類(lèi)到AMP/ASMP系統總類(lèi)別當中。

使用柵格模式的關(guān)鍵要求是首先要分割系統，然后找到一個(gè)合適的節點(diǎn)間通信系統。(盡管更高級的柵格系統能夠在運行期間對其自身進(jìn)行重新配置，但柵格模式系統的設計者需要認真思考系統功能到處理節點(diǎn)的分配問(wèn)題。)除分割之外，柵格系統具有三種設計模式中最少的高級設計約束。一旦系統被分割，每個(gè)獨立節點(diǎn)的設計與實(shí)現就會(huì )如同一個(gè)獨立系統一樣進(jìn)行。柵格系統可在專(zhuān)用硬件上實(shí)現，但另一個(gè)普遍的選擇是通過(guò)采用SMP硬件以及將共享的存儲空間劃分成針對每個(gè)內核的片段來(lái)建立柵格節點(diǎn)。

柵格模式系統與其它設計相比具有幾個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)。首先，它們可以很容易與過(guò)去的軟件整合在一起，過(guò)去的系統甚至可以在柵格范圍內它們自己的節點(diǎn)上繼續完整地運行。此外，柵格系統在判決能力(determinism)和調試能力方面具有明顯的優(yōu)勢。柵格模式系統設計的松散聯(lián)結意味著(zhù)在資源競爭方面不會(huì )有多少意外情況，由于熟悉的單內核調試方法可以用于每個(gè)孤立的系統節點(diǎn)，所以調試相對簡(jiǎn)單。柵格模式系統的分割特性使其更為強大，但這也是其缺陷的根源所在，因為分割使得它難于再分配資源，這將導致柵格系統在適應將來(lái)的和不可預期的要求方面缺乏靈活性。

圖1：針對圖像處理的平面模式。

圖2：柵格模式系統。

3． SMP模式