通過(guò)LabVIEW圖形化開(kāi)發(fā)平臺有效優(yōu)化多核處理器環(huán)境下信號處理性能
加入技術(shù)交流群
然而，業(yè)界專(zhuān)家們也同時(shí)認識到，對于實(shí)際的編程應用，多核處理器的并行編程卻是一個(gè)巨大的挑戰。比爾蓋茨是這樣論述的：
“要想充分利用并行工作的處理器的威力，…軟件必須能夠處理并發(fā)性問(wèn)題。但正如任何一位編寫(xiě)過(guò)多線(xiàn)程代碼的開(kāi)發(fā)者告訴你的那樣，這是編程領(lǐng)域最艱巨的任務(wù)之一?！?
比如用C++寫(xiě)一個(gè)多線(xiàn)程的程序，程序員必須要非常熟悉 C++，了解如何將C++程序分成多個(gè)線(xiàn)程和并在各個(gè)線(xiàn)程間進(jìn)行任務(wù)調度，此外還要了解 Windows 多線(xiàn)程的機制，熟悉 Windows API 的調用方法和MFC 的架構等等。在 C++ 上調試多線(xiàn)程程序，更是被很多程序員視為噩夢(mèng)。
所以，對于測試測量行業(yè)的工程師來(lái)說(shuō)，在傳統開(kāi)發(fā)環(huán)境下要想獲得多核下的效率提升意味著(zhù)大量而復雜的多線(xiàn)程編程任務(wù)，而使得工程師脫離了自動(dòng)化測試及其信號處理任務(wù)本身，于是，要想在當前的多核機器上充分利用其架構和并行運算的優(yōu)勢，反而成為工程師們“不可能”完成的任務(wù)。
LabVIEW降低并行編程的復雜性，快速開(kāi)發(fā)并行構架的信號處理應用
幸運的是，NI LabVIEW圖形化開(kāi)發(fā)平臺為我們提供了一個(gè)理想的多核處理器編程環(huán)境。作為一種并行結構的編程語(yǔ)言，LabVIEW能將多個(gè)并列的程序分支自動(dòng)分配成多個(gè)線(xiàn)程并分派到各個(gè)處理核上，讓一些計算量較大的數學(xué)運算或信號處理應用得以提高運行效率，并獲取最佳性能。
我們以自動(dòng)化測試中最常見(jiàn)的多通道信號處理分析為例。由于多通道中的頻率分析是一項占用處理器資源較多的操作，如果能夠讓程序并行地將每個(gè)通道的信號處理任務(wù)分配至多個(gè)處理器核，對于提高程序執行速度來(lái)說(shuō)，就顯得尤為重要。而目前，從LabVIEW編程人員的角度來(lái)看，要想獲得這一原本“不可能”的技術(shù)優(yōu)勢，唯一需要改變的只是算法結構的細微調整，而并不需要復雜且耗時(shí)耗力的代碼重建工作。
以雙通道采樣為例，我們需要分別對高速數字化儀的兩個(gè)通道上的數據進(jìn)行快速傅立葉變換(FFT)。假設我們采用的高速數字化儀的兩個(gè)通道均以100 MS/s采樣率采集信號并實(shí)時(shí)分析。首先，我們來(lái)看LabVIEW中對于這一操作的傳統順序編程模型。
圖1. 利用順序執行的LabVIEW代碼
實(shí)際上，兩個(gè)通道的FFT運算相互獨立，如果程序能夠將兩個(gè)FFT自動(dòng)分配到一臺雙核機器上的的兩個(gè)CPU上，那么理論上程序的運行效率將提高一倍。在LabVIEW的圖形化編程平臺上，情況正是如此，我們可以通過(guò)并行化處理這兩個(gè)通道來(lái)真正提高算法性能。圖2表示了一種采用并行結構的LabVIEW代碼，從圖形化編程的角度來(lái)看，僅僅是增加了一路并行的FFT函數而已。
圖2. 利用并行執行的LabVIEW代碼
圖3. 對于大于1M采樣（100 Hz精度帶寬）的數據塊，并行方式實(shí)現了80%或更高的性能增長(cháng)。
評論