吉林大学学报(工学版) ›› 2024, Vol. 54 ›› Issue (8): 2282-2287.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20230340

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面向嵌入式多核系统的缓存调度算法优化

王鹏1,2(),杨国栋1,3   

  1. 1.中国民航大学 民航航空器适航审定技术重点实验室,天津 300300
    2.中国民航大学 安全科学与工程学院,天津 300300
    3.中国民航大学 中欧航空工程师学院,天津 300300
  • 收稿日期:2023-04-11 出版日期:2024-08-01 发布日期:2024-08-30
  • 作者简介:王鹏(1982-),男,研究员,博士.研究方向:民机系统安全性设计与评估.E-mail:jjj784877@yeah.net
  • 基金资助:
    国家自然科学基金-民航联合基金项目(U1933106)

Optimization of cache scheduling algorithm for embedded multi-core system

Peng WANG1,2(),Guo-dong YANG1,3   

  1. 1.Key Laboratory of Civil Aviation Aircraft Airworthiness Certification Technology,Civil Aviation University of China,Tianjin 300300,China
    2.Civil Aviation University of China,College of Safety Science and Engineering,Tianjin 300300,China
    3.Civil Aviation University of China,Sino-European Institute of Aviation Engineering,Tianjin 300300,China
  • Received:2023-04-11 Online:2024-08-01 Published:2024-08-30

摘要:

为解决多核系统缓存调度缓慢、性能不佳等问题,提出了面向嵌入式多核系统的缓存调度算法优化方法。通过多核系统调度模型的建立,分析其系统总资源负载平衡情况;通过扩大调度策略对系统同步比进行计算;通过整数线性规划方程使系统达到任务负载均衡、通信开销最小化、满足片上存储限制,实现嵌入式多核系统的缓存调度优化。实验结果表明:本文方法的通信开销较低,缓存调度时间在6.38~12.32 ms,说明其缓存调度性能更佳。

关键词: 嵌入式多核处理器, 通信开销, 数据流图, 扩大调度策略, 缓存调度优化

Abstract:

In order to solve the problems of slow cache scheduling and poor performance in multi-core systems, a cache scheduling algorithm optimization method for embedded multi-core systems is proposed. By establishing a multi-core system scheduling model, analyze the overall resource load balance of the system; Calculate the synchronization ratio of the system by expanding the scheduling strategy; By using integer linear programming equations, the system achieves task load balancing, minimizes communication overhead, and satisfies on-chip storage limitations, achieving cache scheduling optimization for embedded multi-core systems. The experimental results show that the proposed method has lower communication overhead and a cache scheduling time between 6.38-12.32 ms, indicating better cache scheduling performance.

Key words: embedded multi-core processor, communication overhead, data flow diagram, expand the scheduling strategy, cache scheduling optimization

中图分类号: 

  • TP391

图1

嵌入式多核系统缓存调度模型"

图2

扩大前后调度顺序图"

图3

多核系统缓存结构"

图4

不同处理器核数下接收率对比"

图5

3种方法的负载均衡及通信开销情况"

表1

3种方法缓存调度时间"

实验次数缓存调度时间(单位:ms)
处理器核数/个文献[3]方法文献[4]方法本文方法
1220.3615.6910.89
318.3114.468.75
416.3513.656.38
2219.6314.6812.32
318.6513.3311.61
417.6512.398.36
3218.9916.3811.23
317.9414.3610.69
415.6513.997.63
1 姜松岩, 廖晓鹃, 陈光柱. 基于可满足性模理论的多处理机通信延迟优化任务调度方法[J]. 计算机应用, 2023, 43(1): 185-191.
Jiang Song-yan, Liao Xiao-juan, Chen Guang-zhu. Optimal task scheduling method based on satisfiability modulo theory for multiple processors with communication delay[J]. Journal of Computer Applications, 2023,43(1): 185-191.
2 李文佳, 史岚, 季航旭, 等. 面向Flink的负载均衡任务调度算法的研究与实现[J]. 计算机工程与科学, 2022, 44(7): 1141-1151.
Li Wen-jia, Shi Lan, Ji Hang-xu, et al. Research and implementation of a Flink-oriented load balancing task scheduling algorithm[J]. Computer Engineering & Science, 2022,44(7): 1141-1151.
3 姚浩,习伟,蒋小文.电力终端多核系统的节能调度优化[J].电力科学与技术学报,2021,36(5):3-9.
Yao Hao, Xi Wei, Jiang Xiao-wen. Research on energy-saving scheduling optimization method for power terminal multi-core systems[J]. Journal of Electric Power Science And Technology, 2021,36(5): 3-9.
4 梁秋玲, 张向利, 张红梅, 等. 基于多核处理器的关联任务并行感知调度算法[J]. 计算机工程, 2021, 47(7): 212-217.
Liang Qiu-ling, Zhang Xiang-li, Zhang Hong-mei, et al. Parallel perceptual scheduling algorithm for related tasks based on multi-core processors[J]. Computer Engineering, 2021,47(7): 212-217.
5 陈莹, 黄永彪, 谢瑾. 基于可靠性的多核系统硬实时任务并行调度[J]. 控制工程, 2021, 28(1): 176-182.
Chen Ying, Huang Yong-biao, Xie Jin. Reliability-based parallel scheduling of hard real-time tasks for multicore systems[J]. Control Engineering of China, 2021,28(1): 176-182.
6 陈海鹏, 邱际伦, 邱峰, 等. 基于pi演算的前沿调度算法并行性建模及实现[J]. 吉林大学学报: 工学版, 2019, 49(1): 242-247.
Chen Hai-peng, Qiu Ji-lun, Qiu Feng, et al. modeling and implementation of frontier scheduling parallelism algorithm based on Pi calculus[J]. Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition), 2019, 49(1): 242-247.
7 梁荣欣, 陈庆奎. 面向模型预分层的边缘终端多ai任务调度策略[J]. 小型微型计算机系统, 2022, 43(6): 1154-1161.
Liang Rong-xin, Chen Qing-kui. Multi-Ai task scheduling strategy for edge terminals based on model pre-layering[J]. Journal of Chinese Computer Systems, 2022,43(6): 1154-1161.
8 汪超, 陈香兰, 章博, 等. 一种具有时间语义的实时处理器模型[J]. 计算机研究与发展, 2021, 58(6): 1176-1191.
Wang Chao, Chen Xiang-lan, Zhang Bo, et al. a real-time processor model with timing semantics[J]. Journal of Computer Research and Development, 2021,58(6): 1176-1191.
9 郭金辉, 刘宏杰, 代红兵, 等. 基于堆栈处理器的实时多任务调度机制研究与实现[J]. 计算机应用研究, 2021, 38(9): 2752-2756, 2772.
Guo Jin-hui, Liu Hong-jie, Dai Hong-bing, et al. Research and implementation of real-time multi-task scheduling mechanism based on stack processor[J]. Application Research of Computers, 2021,38(9): 2752-2756, 2772.
10 胡逸文, 杨晨阳, 刘婷婷. 无线信道预测: 联邦学习与集中式学习的通信开销[J]. 信号处理, 2021, 37(10): 1930-1940.
Hu Yi-wen, Yang Chen-yang, Liu Ting-ting.research and implementation of a flink-oriented load balancing task scheduling algorithm[J]. Journal of Signal Processing, 2021,37(10): 1930-1940.
11 林宇晗, 严健, 王侃侃, 等. 支持缓存划分的全局edf实时系统调度策略[J]. 东北大学学报: 自然科学版, 2021, 42(12): 1673-1680.
Lin Yu-han, Yan jian, Wang Kan-kan, et al. scheduling and analysis of global edf for multi-core real-time systems with cache partitioning[J]. Journal of Northeastern University (Natural Science), 2021, 42 (12): 1673-1680.
12 黄姝娟, 肖锋, 曹子建. 高利用率集合Sporadic实时任务调度方法研究[J]. 电子科技大学学报, 2021, 50(4): 572-579.
Huang Shu-juan, Xiao Feng, Cao Zi-jian. Research on scheduling method of high utilization rate sets for Sporadic real-time tasks[J]. Journal of University of Electronic Science and Technology of China, 2021,50(4): 572-579.
13 翁渊瀚, 李南. 基于时间序列模型的文本数据压缩存储算法[J]. 吉林大学学报: 工学版, 2023, 53(7): 2109-2114.
Weng Yuan-han, Li Nan. Text data compression and storage algorithm based on time series model[J]. Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition), 2023, 53(7): 2109-2114.
14 马亚军, 孔令信. 基于动态反馈的多源数据库缓存冲突处理仿真[J]. 计算机仿真, 2022, 39(1): 432-436.
Ma Ya-jun, Kong Ling-xin. Simulation of cache conflict handling in multi-source database based on dynamic feedback [J]. Computer Simulation, 2022, 39(1): 432-436.
[1] 张良力,马晓凤. 基于改进粒子群算法的新能源汽车充电站选址方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(8): 2275-2281.
[2] 刘利军,张云峰,黄青松. 前后文记忆矩阵引导的胸部放射影像报告生成模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(8): 2355-2363.
[3] 才华,寇婷婷,杨依宁,马智勇,王伟刚,孙俊喜. 基于轨迹优化的三维车辆多目标跟踪[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(8): 2338-2347.
[4] 朱圣杰,王宣,徐芳,彭佳琦,王远超. 机载广域遥感图像的尺度归一化目标检测方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(8): 2329-2337.
[5] 郭昕刚,程超,沈紫琪. 基于卷积网络注意力机制的人脸表情识别[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(8): 2319-2328.
[6] 赵宏伟,武鸿,马克,李海. 基于知识蒸馏的图像分类框架[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(8): 2307-2312.
[7] 特木尔朝鲁,张亚萍. 基于卷积神经网络的无线传感器网络链路异常检测算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(8): 2295-2300.
[8] 赖丹晖,罗伟峰,袁旭东,邱子良. 复杂环境下多模态手势关键点特征提取算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(8): 2288-2294.
[9] 张楠,钟本源,王平. 基于GPS-UWB组合定位技术的混合运动目标实时跟踪方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(7): 2115-2120.
[10] 唐毅,潘杨,郜明,易虹辰,韦安琦. 基于仿射不变算子的无人机多光谱影像匹配算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(7): 2080-2085.
[11] 游新冬,郭磊,韩晶,吕学强. 一种工件表面压印字符识别网络[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(7): 2072-2079.
[12] 郭昕刚,何颖晨,程超. 抗噪声的分步式图像超分辨率重构算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(7): 2063-2071.
[13] 蒋磊,王子其,崔振宇,常志勇,时小虎. 基于循环结构的视觉Transformer[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(7): 2049-2056.
[14] 张云佐,郑宇鑫,武存宇,张天. 基于双特征提取网络的复杂环境车道线精准检测[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(7): 1894-1902.
[15] 孙铭会,薛浩,金玉波,曲卫东,秦贵和. 联合时空注意力的视频显著性预测[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(6): 1767-1776.
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[1] 李寿涛, 李元春. 在未知环境下基于递阶模糊行为的移动机器人控制算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2005, 35(04): 391 -397 .
[2] 刘庆民,王龙山,陈向伟,李国发. 滚珠螺母的机器视觉检测[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(04): 534 -538 .
[3] 李红英;施伟光;甘树才 .

稀土六方Z型铁氧体Ba3-xLaxCo2Fe24O41的合成及电磁性能与吸波特性

[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(06): 856 -0860 .
[4] 张全发,李明哲,孙刚,葛欣 . 板材多点成形时柔性压边与刚性压边方式的比较[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(01): 25 -30 .
[5] .

吉林大学学报(工学版)2007年第4期目录

[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(04): 0 .
[6] 李月英,刘勇兵,陈华 . 凸轮材料的表面强化及其摩擦学特性
[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(05): 1064 -1068 .
[7] 冯浩,席建锋,矫成武 . 基于前视距离的路侧交通标志设置方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(04): 782 -785 .
[8] 张和生,张毅,温慧敏,胡东成 . 利用GPS数据估计路段的平均行程时间[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(03): 533 -0537 .
[9] 杨树凯,宋传学,安晓娟,蔡章林 . 用虚拟样机方法分析悬架衬套弹性对
整车转向特性的影响
[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(05): 994 -0999 .
[10] 冯金巧;杨兆升;张林;董升 . 一种自适应指数平滑动态预测模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(06): 1284 -1287 .