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嵌入式系统/ARM技术中的一种多处理器并行计算机系统的设计
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2020-11-08
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1 引言 在信息技术高速发展的今天,对于计算机的使用可以说无处不在。特别是在军工领域,计算机充当了军事控制和数据处理的核心,人们对计算机的性能要求也越来越高。一些特殊领域,如雷达、导航等对计算机的处理速度、实时性的要求不断提高。人们采用了多种方法来解决这些不断增长的技术指标要求,本文介绍的多处理器并行计算机的软硬件设计,是采用多个CPU 进行并行数据处理的方法来提高单板的运算性能。 2 多处理器并行计算机系统的硬件设计 多处理器并行计算机系统是属于并行结构的系统模型,每一个处理器都需要具有自己局部存储器,以存储自己的应用程序并能够独立高速并行计算;同时,该系统需要具有高速通信
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嵌入式系统嵌入式系统/ARM技术中的一种多处理器并行计算机系统的设技术中的一种多处理器并行计算机系统的设
计计
1 引言 在信息技术高速发展的今天,对于计算机的使用可以说无处不在。特别是在军工领域,计算机充当
了军事控制和数据处理的核心,人们对计算机的性能要求也越来越高。一些特殊领域,如雷达、导航等对计算
机的处理速度、实时性的要求不断提高。人们采用了多种方法来解决这些不断增长的技术指标要求,本文介绍
的多处理器并行计算机的软硬件设计,是采用多个CPU 进行并行数据处理的方法来提高单板的运算性能。
2 多处理器并行计算机系统的硬件设计 多处理器并行计算机系统是属于并行结构的系统模型,每一个处理
器都需要具有自己局部存储器,以存储自己的应用程序并能够独立高速并行计算;同时,该系统需要具有高速
通信
1 引言
在信息技术高速发展的今天,对于计算机的使用可以说无处不在。特别是在军工领域,计算机充当了军事控制和数据处理
的核心,人们对计算机的性能要求也越来越高。一些特殊领域,如雷达、导航等对计算机的处理速度、实时性的要求不断提
高。人们采用了多种方法来解决这些不断增长的技术指标要求,本文介绍的多处理器并行计算机的软硬件设计,是采用多个
CPU 进行并行数据处理的方法来提高单板的运算性能。
2 多处理器并行计算机系统的硬件设计
多处理器并行计算机系统是属于并行结构的系统模型,每一个处理器都需要具有自己局部存储器,以存储自己的应用程序
并能够独立高速并行计算;同时,该系统需要具有高速通信的互连网络,可以把并行数据块高速分布在各个处理器的局部存储
器中,以提高并行系统的效率。该计算机结构设计可以采用共享存储器(双端口RAM)互连的松耦合不对称处理器配置。系
统结构如图1所示,图中的各个处理器都具有自己的高速局部存储器,可高速独立的并行进行计算,各个处理器之间由双端口
存储器互连组成高速星型通信网络,由于双端口存储器具有很高的通信速率,灵活的通信协议建立方式,因此双端口存储器互
连的松耦合多CPU 并行计算机具有如下优点:
⑴ 通信带宽宽。CPU 访问双端口存储器可以采用字节/字/双字长度进行,数据读/写速度高。
⑵ 结构简单。处理器和双端口存储器直接相连,不需要其它接口电路,可实现可靠的双向信息传送。
⑶ 具有可剪裁性。根据需要可增加或减少处理器数量。
⑷ 扩展性强。该系统结构可适合各种处理器。
图1所示的多个处理器的计算机模型中,CPU可以采用Intel x86 系列、PowerPC 系列、ARM系列等处理器。Boot
Processor(即主处理器)负责对系统管理,通过它可以协调各个Application Processor(即从处理器)的工作,同时Boot
Processor 也对共享存储器进行初始化。为了提高系统的上电效率,每个处理器都需要带有自己的fash 电子盘来存储程序,每
个处理器都可以外挂设备(比如网络、键盘等)。
图1 共享存储器互连的并行计算机
3 多处理器并行计算机的软件设计
为提高处理器的执行效率,一般计算机系统都采用实时多任务操作系统,本文以嵌入式VxWorks操作系统为基础论述多
CPU 并行计算机的软件设计方法。
3.1 共享存储器网络
在VxWorks 操作系统中,多CPU 之间的通信使用共享存储器网络技术(Shared-Memory BackplaneNetwork)。该技术
采用虚拟网络来管理共享存储设备。共享存储器网络驱动允许多个处理器之间的通信采用网络形式,使用规范符合BSD4.4 兼
容模式。共享存储器可以驻留在CPU 主板上也可以驻留在单独的存储器板上。
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