面向能源高效的嵌入式應(yīng)用的非對(duì)稱多核處理器架構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

張旭

摘要：隨著嵌入式系統(tǒng)的普及，越來(lái)越多的應(yīng)用場(chǎng)景需要實(shí)時(shí)和高效的數(shù)據(jù)處理。針對(duì)此類情況，多核處理器已經(jīng)被廣泛研究并推廣到許多領(lǐng)域。然而，在特定的嵌入式應(yīng)用場(chǎng)景下，如何充分利用多核處理器內(nèi)部的特殊性能，以便形成較好的計(jì)算效率和能耗調(diào)整能力的平衡，仍是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。研究提出了一種新穎的非對(duì)稱多核處理器架構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化方法，旨在為嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)提供能夠適應(yīng)各類應(yīng)用場(chǎng)景需求的有效處理器支持。該方法從體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件實(shí)現(xiàn)和多核處理器優(yōu)化等方面進(jìn)行研究，構(gòu)建了基于嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景的非對(duì)稱多核處理器的設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：多核處理器；架構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化方法

一、前言

嵌入式系統(tǒng)作為一種體積小、功耗低的特殊計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于智能家居、智能電子產(chǎn)品、無(wú)人駕駛汽車等領(lǐng)域。在實(shí)際應(yīng)用中，嵌入式系統(tǒng)的性能和能耗要求越來(lái)越高，計(jì)算單元的速度和功耗成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要重點(diǎn)考慮和平衡的問(wèn)題。隨著多核技術(shù)的發(fā)展，非對(duì)稱多核處理器逐漸成為一種重要的解決方案。該處理器可以同時(shí)滿足不同任務(wù)的需求，實(shí)現(xiàn)更高的計(jì)算效率和更低的功耗。通過(guò)研究面向能源高效的嵌入式應(yīng)用的非對(duì)稱多核處理器架構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化方法，可以找到在嵌入式系統(tǒng)中，利用多核處理器的特殊性質(zhì)實(shí)現(xiàn)高性能與低功耗的平衡方法，為實(shí)現(xiàn)更高效、更低能源消耗的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供有益的參考和指導(dǎo)。

二、處理器體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

（一）處理器分類和性能指標(biāo)

處理器體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，處理器通常分為通用處理器、專用處理器和協(xié)處理器三類。通用處理器以其靈活的功能和廣泛的適用性，成為大部分計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心。專用處理器針對(duì)某些特定應(yīng)用場(chǎng)景而設(shè)計(jì)，如顯卡芯片在圖形處理領(lǐng)域的應(yīng)用。協(xié)處理器則是為了增強(qiáng)系統(tǒng)功能而添加在處理器外部的一種輔助處理器[1]。

在性能指標(biāo)方面，主要考慮五個(gè)方面。

一是時(shí)鐘頻率，即處理器單位時(shí)間內(nèi)執(zhí)行的操作數(shù)量，常用GHz表示。

二是指令集架構(gòu)（ISA），一個(gè)好的ISA設(shè)計(jì)，能提升處理器運(yùn)行效率，也可以使其更加易于編程。

三是流水線深度，它表示每條指令經(jīng)過(guò)多少個(gè)階段后才能執(zhí)行完畢。雖然較深的流水線可以提高吞吐量，但是也可能引入冒險(xiǎn)等問(wèn)題。

四是晶體管數(shù)量，處理器晶體管數(shù)量的多少，影響著單芯片上可集成的功能數(shù)量和處理性能。

五是緩存大小和層次結(jié)構(gòu)，處理器緩存越大，層次結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，可以有效提高CPU計(jì)算速度和響應(yīng)速度。

通過(guò)綜合考慮這些性能指標(biāo)，在將處理器應(yīng)用于不同領(lǐng)域時(shí)可以選擇適合需求的處理器，并提高其處理效率。

（二）非對(duì)稱多核處理器體系結(jié)構(gòu)

非對(duì)稱多核處理器包含一個(gè)或多個(gè)處理核心，并在這些核心之間分配不同的計(jì)算資源和功能。在非對(duì)稱多核處理器中，每個(gè)核心都承擔(dān)著特定的任務(wù)，如高顯存帶寬、多核心運(yùn)算能力等。另外，不同的核心也可以采用不同的指令集架構(gòu)和工作頻率。

與對(duì)稱多核處理器相比，在非對(duì)稱多核處理器中，不同的核心可能有不同的電源管理策略和功耗降低技術(shù)，可根據(jù)實(shí)際需求靈活地分配資源，并提高系統(tǒng)性能。例如，某些核心可能設(shè)計(jì)為低功耗狀態(tài)，以便節(jié)能和延長(zhǎng)電池壽命，而其他核心可能更適合于執(zhí)行復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)。

同時(shí)，如何有效地利用非對(duì)稱多核處理器也面臨一定的挑戰(zhàn)，這是因?yàn)椴煌膽?yīng)用程序需要不同組合的計(jì)算資源和功能。如果在開(kāi)發(fā)過(guò)程中沒(méi)有很好地權(quán)衡這些因素，則容易導(dǎo)致資源閑置、性能瓶頸等問(wèn)題。因此，設(shè)計(jì)高效的調(diào)度算法，支持動(dòng)態(tài)配置和適配是非對(duì)稱多核處理器的重要研究方向之一。

（三）嵌入式應(yīng)用的處理器設(shè)計(jì)要求

嵌入式應(yīng)用的處理器設(shè)計(jì)需要滿足低功耗、實(shí)時(shí)性、可靠性、穩(wěn)定性以及成本效益等多個(gè)方面的要求[2]。

一是低功耗，嵌入式系統(tǒng)通常需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，而且電池壽命有限，因此處理器的設(shè)計(jì)需要具備低功耗特性。這可以通過(guò)采用較低工作頻率、優(yōu)化架構(gòu)和核心電壓等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

二是實(shí)時(shí)性，許多嵌入式應(yīng)用對(duì)響應(yīng)時(shí)間有極高要求，需要快速響應(yīng)外部事件，并以一種可預(yù)測(cè)的方式處理任何輸入。因此，處理器需要支持快速的中斷響應(yīng)和高效的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。

三是可靠性，嵌入式設(shè)備通常運(yùn)行在惡劣的環(huán)境中，并進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的不間斷工作，因此處理器設(shè)計(jì)需考慮可靠性問(wèn)題。例如，使用ECC存儲(chǔ)技術(shù)，以最小化數(shù)據(jù)損壞的風(fēng)險(xiǎn)；優(yōu)化溫度、電壓范圍和性能特性，確保在各種操作條件下仍然能夠正常工作。

四是穩(wěn)定性，嵌入式處理器必須是穩(wěn)定的，在使用過(guò)程中，不會(huì)出現(xiàn)無(wú)法預(yù)料的錯(cuò)誤或意外停機(jī)的情況。在設(shè)計(jì)處理器時(shí)，需要考慮硬件和軟件之間的交互，確保體系結(jié)構(gòu)本身足夠穩(wěn)定。

五是成本效益，嵌入式處理器的成本也是非常重要的，半導(dǎo)體技術(shù)和硬件設(shè)計(jì)都需要用到極高的成本。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)需要平衡性能、功耗和成本之間的關(guān)系。采用的方法通常包括集成更多功能模塊、使用低成本處理器和優(yōu)化研發(fā)過(guò)程等。

三、處理器總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

（一）流水線設(shè)計(jì)和優(yōu)化

嵌入式應(yīng)用的非對(duì)稱多核處理器的流水線設(shè)計(jì)和優(yōu)化涉及多個(gè)方面，在硬件和軟件層面都需要考慮不同的因素[3]。硬件方面，在設(shè)計(jì)嵌入式應(yīng)用的非對(duì)稱多核處理器架構(gòu)流水線時(shí)，需要根據(jù)具體應(yīng)用需求選擇適合的硬件平臺(tái)，并根據(jù)工作量、并發(fā)任務(wù)數(shù)等因素進(jìn)行配置。例如，在選定處理器時(shí)，可以選擇支持處理多種不同工作負(fù)載的單片集成（SoC）處理器或模塊化芯片組，來(lái)滿足不同條件下的處理要求。設(shè)計(jì)者首先需要確定處理器類型或芯片組以及數(shù)量，考慮硬件性能和功耗需求等因素。在選擇處理器時(shí)，應(yīng)該考慮其性能、標(biāo)稱頻率、緩存容量和其他特性。處理器之間的通信接口的設(shè)計(jì)取決于所采用的SoC或模塊化芯片組，通常會(huì)有多種通信方式可供選擇。例如，在采用ARM多核處理器的情況下，可以使用共享內(nèi)存、分布式緩存協(xié)議等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)處理器之間的通信。完成后將系統(tǒng)任務(wù)和功能劃分為不同的區(qū)域，以利用每個(gè)核的計(jì)算資源來(lái)提高并發(fā)性。由于不同的應(yīng)用需要不同的處理能力，可以將主要功能劃分到相對(duì)強(qiáng)大的處理器上，將輔助處理分配給其他處理器群，從而優(yōu)化系統(tǒng)性能。

軟件方面，嵌入式應(yīng)用的非對(duì)稱多核處理器架構(gòu)流水線設(shè)計(jì)和優(yōu)化需要依賴一系列的軟件技術(shù)和算法，其中最關(guān)鍵的是操作系統(tǒng)和編譯器。通常情況下，需要選擇適合非對(duì)稱多核處理器的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，如FreeRTOS、RT-Thread和Zephyr等，以確保程序能夠穩(wěn)定運(yùn)行，在使用FreeRTOS、RT-Thread和Zephyr設(shè)計(jì)非對(duì)稱多核實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)前，首先需要確定使用的處理器類型和數(shù)量。不同的處理器類型和數(shù)量，會(huì)影響系統(tǒng)的架構(gòu)和設(shè)計(jì)。在多核實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中，通常會(huì)有一個(gè)主線程來(lái)協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。主線程負(fù)責(zé)初始化處理器、分配資源、創(chuàng)建子線程，并監(jiān)視其運(yùn)行狀況。創(chuàng)建子線程時(shí)，需要平衡各個(gè)處理器之間的工作負(fù)載，方便系統(tǒng)達(dá)到最佳性能。選擇合適的任務(wù)調(diào)度算法，如優(yōu)先級(jí)調(diào)度、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度或者其他算法來(lái)管理多核的運(yùn)行狀態(tài)。不同的任務(wù)調(diào)度算法具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中需根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)選擇。為了協(xié)調(diào)不同處理器之間的運(yùn)行狀態(tài)，需要使用同步和通信機(jī)制，如互斥鎖、信號(hào)量、條件變量或消息隊(duì)列等。這可以確保數(shù)據(jù)的同步性和一致性，避免出現(xiàn)競(jìng)態(tài)條件和死鎖。

為了提高流水線的效率和可靠性，還需要合理分配模塊，并將不同模塊之間的關(guān)系進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化?？梢酝ㄟ^(guò)建立任務(wù)圖或Use-Case圖等方式來(lái)規(guī)劃整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。例如，在控制器應(yīng)用中，可以將運(yùn)動(dòng)控制算法和壓力控制算法放在不同的核心上同時(shí)運(yùn)行，從而充分利用系統(tǒng)多核的計(jì)算能力。同時(shí)，還需注意處理器運(yùn)作的邏輯，包括指令調(diào)度、數(shù)據(jù)訪問(wèn)、同步與異步操作等。例如，在流水線設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以采用數(shù)據(jù)局部性原則和數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)，提高存儲(chǔ)器使用效率，減少訪問(wèn)延時(shí)。同時(shí)，還可以針對(duì)不同的并發(fā)任務(wù)，在軟件設(shè)計(jì)層面上采用相應(yīng)的并行計(jì)算方式來(lái)加速計(jì)算過(guò)程。

（二）性能和能耗分析

嵌入式應(yīng)用的非對(duì)稱多核處理器，每個(gè)核心都有著不同的特性和工作負(fù)載，因此需要進(jìn)行性能和能耗上的設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的系統(tǒng)效率[4]。在性能設(shè)計(jì)方面，為了充分利用各個(gè)核心的優(yōu)勢(shì)，需要合理分配任務(wù)，并根據(jù)任務(wù)負(fù)載動(dòng)態(tài)分配核心。例如，在設(shè)計(jì)圖像處理器時(shí)，要考慮一個(gè)嵌入式圖像處理器，包括一個(gè)高效率計(jì)算核心和一個(gè)低功耗I/O核心，將輸入與輸出操作委托給I/O核心，將計(jì)算密集型任務(wù)交給計(jì)算核心。使用具有不同優(yōu)勢(shì)的核心協(xié)同工作可提高系統(tǒng)效率，例如，在處理較大圖像時(shí)，需要快速傳輸大量數(shù)據(jù)，并將其保存到緩存中，這便是I/O核心所擅長(zhǎng)的領(lǐng)域；高質(zhì)量圖像的生成則需要更高的計(jì)算性能，因此，可以將計(jì)算密集型任務(wù)放在計(jì)算核心中進(jìn)行。又如，設(shè)計(jì)無(wú)線電通信網(wǎng)絡(luò)處理器，由兩個(gè)核心組成：一個(gè)執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧處理的高性能計(jì)算核心和一個(gè)處理指定低功耗部分的I/O核心。在運(yùn)行過(guò)程中，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)處理器始終保持與無(wú)線信號(hào)的連接，當(dāng)通過(guò)移動(dòng)電話或電視機(jī)等外部設(shè)備對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)處理器要從休眠狀態(tài)喚醒，并迅速提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。為了最大化系統(tǒng)效率并降低功耗，可以將I/O操作或者網(wǎng)絡(luò)淺層處理交給低功耗的I/O核心，以便快速喚醒。而計(jì)算密集型和高優(yōu)先級(jí)任務(wù)會(huì)被分配到高性能計(jì)算核心中進(jìn)行處理。由此可見(jiàn)，針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和工作負(fù)載，需要靈活選擇合適的核心、調(diào)度策略等參數(shù)，并考慮任務(wù)調(diào)度、電壓與頻率調(diào)節(jié)、資源共享、實(shí)時(shí)任務(wù)數(shù)量、外部組件功耗、散熱設(shè)計(jì)，以及可重構(gòu)技術(shù)等因素的影響，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的非對(duì)稱多核處理器運(yùn)作效果。

在能耗設(shè)計(jì)方面，實(shí)時(shí)任務(wù)通常需要優(yōu)先處理，并且可能需要較高的處理器頻率和電壓。為了優(yōu)化系統(tǒng)處理性能并最小化功耗，可以控制實(shí)時(shí)任務(wù)的數(shù)量，確保系統(tǒng)不會(huì)因?qū)崟r(shí)任務(wù)過(guò)多，而導(dǎo)致處理器頻率和電壓的不必要升高。在非對(duì)稱多核處理器中，除了CPU，外設(shè)組件也會(huì)消耗大量的電能。因此，在設(shè)計(jì)階段需要選擇低功耗、高效率的外設(shè)組件，并采取降低功耗的措施（如使用節(jié)能模式）。高功率的芯片在長(zhǎng)時(shí)間工作中容易產(chǎn)生過(guò)熱問(wèn)題，這種熱量也會(huì)增加系統(tǒng)的真實(shí)能耗。因此，在能耗設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行有效的散熱設(shè)計(jì)，以確保良好的熱管理，幫助降低系統(tǒng)功耗。可重構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)具備動(dòng)態(tài)重新配置的能力，以便在運(yùn)行時(shí)靈活地重新分配計(jì)算資源，滿足不同任務(wù)負(fù)載的需求。這種架構(gòu)不僅使設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)更高效的處理器時(shí)間應(yīng)用，還有助于降低系統(tǒng)成本和功耗。

四、多核處理器優(yōu)化方法

（一）負(fù)載平衡算法

針對(duì)嵌入式應(yīng)用的非對(duì)稱多核處理器架構(gòu)，進(jìn)行負(fù)載平衡優(yōu)化，首先需要構(gòu)建負(fù)載量模型，假設(shè)系統(tǒng)中有N個(gè)任務(wù)需要運(yùn)行，其中第i個(gè)任務(wù)所耗費(fèi)的時(shí)間為T(mén)i。系統(tǒng)處理能力由M個(gè)核心提供，分別為C₁，C₂，...，C_M。系統(tǒng)最大吞吐量T_max為

T_max＝min{∑T_i/（K×M）+∑T_i/K}

式中，min為取最小值；k為枚舉系數(shù)，k≥1且k

計(jì)算出負(fù)載量后，再進(jìn)行計(jì)算，常見(jiàn)的負(fù)載均衡算法為輪詢、加權(quán)輪詢、最少連接數(shù)等。以加權(quán)輪詢算法為例，其具體實(shí)現(xiàn)如下：①定義W_i為第i個(gè)核心的權(quán)重，表示該核心的處理能力；②定義C_i為第i個(gè)核心已處理的任務(wù)數(shù)量；③定義S為所有核心的權(quán)重之和，則W_i / S表示第i個(gè)核心的分配比重，通過(guò)輪詢算法依次將任務(wù)分配到各個(gè)核心，若某核心的任務(wù)處理數(shù)量達(dá)到W_i/ S×N，則停止將任務(wù)分配給該核心?？紤]到嵌入式應(yīng)用的非對(duì)稱多核處理器需要適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，并滿足隨時(shí)變化的負(fù)載需求，因此，還要基于閾值進(jìn)行動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡設(shè)計(jì)，其具體實(shí)現(xiàn)如下：①定義T_cpu為CPU的最大利用率，T_high和T_low分別為高負(fù)載和低負(fù)載的閾值；②若當(dāng)前系統(tǒng)CPU利用率小于T_low，則將更多任務(wù)分配到核心性能較強(qiáng)的處理器上，以提高整體的負(fù)載水平；③若當(dāng)前系統(tǒng)CPU利用率在T_low～T_high，則保持不變，維持原有的負(fù)載均衡狀態(tài)。

若當(dāng)前系統(tǒng)CPU利用率超過(guò)T_high，則降低部分任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，以避免系統(tǒng)過(guò)度負(fù)載，同時(shí)釋放部分CPU資源給其他任務(wù)使用。

（二）動(dòng)態(tài)功耗管理技術(shù)

在采用動(dòng)態(tài)功耗管理技術(shù)優(yōu)化時(shí)，需要了解CPU、內(nèi)存、外設(shè)等硬件部件能源消耗特征，建立相應(yīng)的能源模型。設(shè)計(jì)者要定義不同任務(wù)的功耗模型和相關(guān)的能源資源，設(shè)計(jì)針對(duì)嵌入式系統(tǒng)各種可能的負(fù)載情況的動(dòng)態(tài)功耗管理算法。動(dòng)態(tài)功耗管理算法應(yīng)該考慮到運(yùn)行的實(shí)際應(yīng)用程序、當(dāng)前的負(fù)載、電池壽命、溫度和其他因素，并針對(duì)這些變量做出積極反應(yīng)[5]。為了確保非對(duì)稱多核處理器架構(gòu)的可靠運(yùn)行，必須監(jiān)測(cè)系統(tǒng)溫度，非對(duì)稱多核處理器架構(gòu)中的溫度監(jiān)測(cè)需要結(jié)合硬件和軟件兩個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。硬件方面，需要安裝溫度傳感器，不斷檢測(cè)芯片的溫度變化，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)監(jiān)測(cè)單元或處理器上。此外，還可以采用風(fēng)扇或其他散熱設(shè)備調(diào)節(jié)系統(tǒng)的溫度，從而保持其在可控范圍內(nèi)。軟件方面，可以通過(guò)在操作系統(tǒng)中運(yùn)行相應(yīng)的工具或驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)。這些工具可以定期檢測(cè)溫度，并在達(dá)到指定閾值時(shí)向用戶發(fā)出警告或執(zhí)行相應(yīng)的控制操作。此外，還可以采用一些動(dòng)態(tài)功耗管理算法，根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)負(fù)載情況，動(dòng)態(tài)地分配任務(wù)到處理器，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的性能和能源消耗模式。當(dāng)檢測(cè)到高溫時(shí)，可迅速控制高功率處理器的頻率和電壓，或?qū)⑷蝿?wù)從性能高的處理器傳遞到性能低但能耗更低的處理器中，以避免其過(guò)熱和損壞，并根據(jù)當(dāng)前的負(fù)載，將某些任務(wù)從強(qiáng)處理器轉(zhuǎn)移到低功率處理器上，采用相應(yīng)動(dòng)態(tài)功耗管理算法優(yōu)化處理器的使用。當(dāng)這些任務(wù)完成時(shí)，可以將其放回到更高性能的處理器上重新執(zhí)行。通過(guò)以上方案優(yōu)化嵌入式應(yīng)用的非對(duì)稱多核處理器架構(gòu)的動(dòng)態(tài)功耗管理技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)更加高效、可靠和節(jié)能的系統(tǒng)運(yùn)行。

（三）系統(tǒng)調(diào)度算法

針對(duì)不同的任務(wù)負(fù)載和性能需求，需要設(shè)計(jì)并選用合適的任務(wù)調(diào)度算法，根據(jù)各個(gè)處理器的狀態(tài)信息動(dòng)態(tài)進(jìn)行調(diào)度，以平衡整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)載，并確保各個(gè)處理器的利用率、響應(yīng)時(shí)間和能耗都達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。常見(jiàn)的任務(wù)調(diào)度算法包括EDF（Earliest Deadline First）和RMS（Rate Monotonic Scheduling）等，對(duì)于EDF，它主要以任務(wù)的期限為依據(jù)來(lái)進(jìn)行調(diào)度。每個(gè)任務(wù)都有一個(gè)截止時(shí)間點(diǎn)，臨近該時(shí)間點(diǎn)就需要優(yōu)先處理該任務(wù)。調(diào)度程序遍歷所有已經(jīng)就緒的任務(wù)，并選取截止時(shí)間最早的任務(wù)，然后將其分配到可用的處理器上執(zhí)行。RMS則是基于任務(wù)的周期和處理時(shí)間進(jìn)行調(diào)度，中心思想是短周期的任務(wù)會(huì)更頻繁地?fù)屨糃PU資源，因?yàn)檫@樣可以降低響應(yīng)時(shí)間和提高處理效率。其中，規(guī)定了高優(yōu)先級(jí)任務(wù)比低優(yōu)先級(jí)任務(wù)具有更短的周期和執(zhí)行時(shí)間。在實(shí)際應(yīng)用中，各個(gè)處理器的能耗和性能之間存在一定的相關(guān)性。因此，在任務(wù)調(diào)度時(shí)，不僅要考慮處理任務(wù)的主要性質(zhì)和特點(diǎn)，還需要定期檢查各個(gè)處理器的能耗情況，及時(shí)采取節(jié)能措施，如降低處理器頻率或關(guān)閉一部分內(nèi)核等，并及時(shí)對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行反饋和處理，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定和高效運(yùn)行。通過(guò)以上方案優(yōu)化嵌入式應(yīng)用的非對(duì)稱多核處理器架構(gòu)的系統(tǒng)調(diào)度算法，可實(shí)現(xiàn)更好的任務(wù)調(diào)度和能源管理，提高整個(gè)系統(tǒng)的處理性能和資源利用率。

五、結(jié)語(yǔ)

在非對(duì)稱多核處理器中，每個(gè)內(nèi)核的性能、功耗和功能都有所不同，因此，可以根據(jù)實(shí)際需求，將任務(wù)分配到不同的內(nèi)核上進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)更好的資源分配和性能優(yōu)化，在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中要綜合考慮系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、功耗、可靠性和成本等問(wèn)題。通過(guò)合理的流水線、性能和功耗設(shè)計(jì)，搭配良好的負(fù)載平衡、動(dòng)態(tài)功耗管理以及系統(tǒng)調(diào)度，最終才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的良好運(yùn)轉(zhuǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]瞿偉，余飛鴻.基于多核處理器的非對(duì)稱嵌入式系統(tǒng)研究綜述[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2021，48（S1）：538-542.

[2]孟振華，柳柱，仲雪潔，等.高性能嵌入式并行計(jì)算架構(gòu)的研究[J].自動(dòng)化與儀表，2018，33（4）：87-90.

[3]周軍，廖曉波，朱建公.一種基于嵌入式多核處理器的實(shí)時(shí)圖像去霧方法[J].西南科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，33（1）：62-67.

[4]韓毅博，湛文韜，胡寶雷.基于多核處理器的非對(duì)稱嵌入式數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計(jì)[J].電腦編程技巧與維護(hù)，2022（4）：114-115.

[5]何翔.嵌入式多核操作系統(tǒng)負(fù)載均衡模型研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2018，14（5）：67-68.

作者單位：NVIDIA技術(shù)服務(wù)（北京）有限公司