CN103019743B

CN103019743B - 一种模块化的信号处理流图与多处理器硬件平台建模方法

Info

Publication number: CN103019743B
Application number: CN201210592981.4A
Authority: CN
Inventors: 汤俊; 孙培林; 李宁; 汤小为; 韦文; 杜劲松; 毕欣; 余吉
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2032-12-31
Also published as: CN103019743A

Abstract

一种模块化的信号处理流图与多处理器硬件平台建模方法，其特征在于，这是一种将模块化的信号处理流图映射到多处理硬件平台上的建模方法，包括信号流图系统、硬件平台系统与映射系统三部分。首先，对模块化的信号处理流图建模，包括对模块系统与数据流系统分别建模，前者用于对流图中的各个功能模块进行建模，后者用于流图中各模块间的数据通信关系进行建模。其次，对多处理器硬件平台建模，包括对结点内系统和结点间系统分别建模，前者用于对单个结点的处理器系统与结点内处理器间的互联拓扑进行建模，后者用于对单节点整体属性和结点间的拓扑结构进行建模。最后，对映射系统建模，完成流图中模块与处理器核心的映射关系。

Description

一种模块化的信号处理流图与多处理器硬件平台建模方法

技术领域

本发明属于信号处理领域，特别涉及一种信号处理流图与多处理器硬件平台的建模方法。

背景技术

传统上，信号处理领域的开发专业性强，通用性差，周期长。模块化的开发思想促使对信号处理流程进行模块化的划分，以得到相对独立的功能模块。在此基础上，进一步实现整个信号处理流程图形化的开发，即通过简单的拖拉模块和连线来搭建信号处理流程，这样就能实现模块的重用，即模块的功能代码只需要开发一次，从而彻底将软件开发人员从繁重的代码编写任务中解放出来。

一方面，要想实现图形化的开发，必须要提供模块的图形化接口，只有将该接口的信息保存下来才可实现模块的重用。定义接口信息也就是对模块化的信号处理流图进行建模，如何实现该任务是第一个难关。

另一方面，信号流图中的模块需要加载到硬件平台上运行，因此必须要对硬件平台进行建模与描述，而且还要指定模块加载到硬件资源中哪个处理器上。如何对硬件资源建模，以及如何实现流图中模块到硬件资源的映射成为第二个难关。

发明内容

本发明针对上述两个难关，提出了一种模块化的信号处理流图与多处理器硬件平台建模方法。目的在于分别对模块化的信号处理流图与多处理器硬件平台建模，并完成映射关系的建模，为后续信号处理流图的软件化开发奠定基础。

本发明的特征在于，这是一种将模块化的信号处理流图映射到多处理硬件平台上的建模方法，依次按以下步骤实施：

步骤1：模块化的信号处理流图建模，具体步骤为：

步骤1.1：对模块化的信号处理流图得到的模块系统的属性系统建模，将模块化后的信号处理流图中每个模块的“模块名称”、“输入端口数”、“输出端口数”、模块中心位置的“横向坐标”、模块中心位置的“纵向坐标”、“模块全局ID号”依次赋值，

步骤1.2：对模块化的信号处理流图得到的模块系统的端口系统建模，将信号处理流图中每个端口的“端口名称”、“端口方向”、“数据类型”、“端口局部ID号”、端口系统唯一的“端口全局ID号”依次赋值，

步骤1.3：对模块化的信号处理流图得到的数据流系统建模，将信号处理流图中每个有向箭头连接的源模块与目的模块的“模块名称”、“模块全局ID号”依据步骤1.1的赋值进行赋值，将每个有向箭头连接的源端口与目的端口的“端口名称”、“端口全局ID号”依据步骤1.2的赋值进行赋值，将每个有向箭头的“箭头名称”、“段坐标1”、“段坐标3”、“箭头全局ID号”、“数据类型”、“数据大小”依次赋值，

步骤1.4：检查模块、端口、箭头的全局ID号是否有冲突，

若：有冲突，则修正冲突的ID号，返回步骤1.4，

若：无冲突，则执行步骤2，

步骤2：多处理器硬件平台建模，具体步骤为：

步骤2.1：对多处理器硬件平台的结点内系统的处理器系统建模，依据硬件平台手册或是实测数据，将每个处理器的“字节计算能力”、“单精度计算能力”、“双精度计算能力”、“整型计算能力”和“处理器ID号”依次赋值完成对处理器属性的建模，将每个处理器存储系统的“缓存存储容量”、“内存存储容量”、“外存存储容量”依次赋值完成对处理器核心非共享存储系统的建模，

步骤2.2：对多处理器硬件平台的结点内系统的结点内拓扑进行建模，将连接每两个处理器核心的数据传输通道的“连接类型”、“带宽”、“源处理器ID号”、“目的处理器ID号”和“状态”依次赋值，

步骤2.3：对多处理器硬件平台的结点间系统的结点整体属性进行建模，将每个结点的“结点ID号”、“处理器数量”和“共享存储大小”依次赋值，

步骤2.4：判断多处理器硬件平台是否为多接点系统，

若：是，则将连接每两个结点的数据传输通道的“连接类型”、“带宽”、“源结点ID号”、“目的结点ID号”和“状态”依次赋值，

若：不是，则不对结点间拓扑进行建模。

步骤2.5：检查结点ID号、结点内处理器ID号是否有冲突，

若：有冲突，则修正冲突的ID号，返回步骤2.5，

若：无冲突，则执行步骤3，

步骤3：模块化的信号处理流图到多处理器硬件平台进行映射，

步骤3.1：将用户规划的每个模块与处理器核心的对应关系的“模块全局ID号”、“结点ID号”与“处理器ID号”依次赋值，

步骤3.2：检查是否存在同一个模块被映射多次或有模块未被映射的现象，

若：有，则返回步骤3.1，

若：无，则建模结束。

本发明的有益效果为：实现了信号处理领域软件化开发中的建模任务，若能够进一步实现流图中每个模块相应于硬件平台的可执行代码的自动生成，就可以实现信号处理任务的图形化开发，即开发人员只需要通过拖拉模块的方式搭建信号处理流图，在流图上配置相关的属性信息及映射分配方案再进行自动代码生成就可实现信号处理任务。由于模块可重用，故其功能代码不需要重复开发，这样就能将编程人员从繁重的代码编写中解放出来，使其可以更加关注信号处理流程本身，加快开发效率，提高开发质量。

附图说明

图1为模块化的信号处理流图示例；

图2为双结点的多处理器硬件平台示意图;

图3为本发明的建模方法框架图；

图4为模块化的信号处理流图与多处理器硬件平台建模方法的实施流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实现和应用作进一步说明。

一种信号处理流图与多处理器硬件平台的建模方法，具体包括三个部分：模块化的信号处理流图的建模方法，硬件平台的建模方法和信号处理流图到硬件平台的映射系统。

如图1所示，为模块化的信号处理流图的一个示例。图中包含A、B、C、D四个模块，各模块中的圆圈表示输入\输出端口，有向箭头表示了模块间的数据通信关系。本发明的一个特征是对模块化的信号处理流图进行建模，即不关心信号处理流图的模块化方法，关心的是模块化后的信号处理流图的建模方法。

本发明的第二个特征是对多处理器硬件平台进行建模。如图2所示，为双结点的多处理器硬件平台示意图。每个结点都是并行分布式结构，包含处理器\存储、结点内互联和共享存储三大部分。通过结点间互联实现结点间的数据交换和通信。在工程应用中，结点可以对应一台PC机，也可以对应某块信号处理板。

映射系统实现信号处理流图中各模块到硬件处理器核心的分配方案。

本发明就是要实现如图1示意的模块化的信号处理流图的建模和如图2示意的硬件资源的建模，以及流图中各模块映射到硬件资源上的系统方案。具体方案见图3。

如图3示，为本发明建模方法的框架图。整个方法系统分成三大子系统：信号流图系统、硬件平台系统和映射系统。

信号流图系统包括模块系统和数据流系统，前者用于对模块化的信号处理流图中的各个模块进行建模，后者用于对模块化的信号处理流图中的数据通信关系进行建模。

模块系统包括端口系统和属性系统，前者用于对模块的输入输出端口进行建模，后者用于对模块自身的特性进行建模。端口系统采用“端口名称”、“端口方向”、“数据类型”、“端口局部ID号”、“端口全局ID号”进行建模，其中：“端口名称”用于对端口进行标记；“端口方向”用于表述输入端口还是输出端口；“端口局部ID”号用于表述该端口在其所属模块中输入\输出端口的相对ID号，比如某模块有两个输入端口，则这两个端口的局部ID号分别为0和1；“端口全局ID号”用于表述该端口在其所属整个信号处理流图中的ID号，该特征的定义使得端口在流图中具有唯一的标识，用于辨别与查找端口。模块的属性系统采用“模块名称”、“输入端口数”、“输出端口数”、“横向坐标”、“纵向坐标”、“模块全局ID号”进行建模，其中：“模块名称”用于对模块进行标记；“输入端口数”和“输出端口数”分别用于描述模块输入输出端口的个数；“横向坐标”和“纵向坐标”分别用于描述模块中心位置的横向与纵向的坐标；“模块全局ID”号用于表述模块在其所属整个流图中的ID号，便于唯一查找。

数据流系统实现对流图中表征数据通信关系的有向箭头的建模，可以分成源端口、目的端口、源模块、目的模块和属性系统五部分。源端口和目的端口用于表述有向箭头两端连接的端口信息，确定采用端口的“端口名称”和“端口全局ID号”进行建模；源模块和目的模块用于表述有向箭头两端连接的模块信息，确定采用模块的“模块名称”和“模块全局ID号”建模；数据流的属性系统用于表述有向箭头自身的特性，包括非可编辑属性和可编辑属性。本发明确定采用“箭头名称”、“段坐标1”、“段坐标3”、“箭头全局ID号”对非可编辑属性建模，其中：本发明将一条箭头分为五段，从箭头的起始端到结束端，这五段的编号依次为0至4，由于箭头两端与模块的端口相连，因此0和4段的位置由端口位置确定，因此再需要两个坐标分别用于表述1和3段的位置，剩余2的位置会被唯一确定。“段坐标1”和“段坐标3”分别用于表述1和3段的位置。本发明采用“数据类型”、“数据大小”对可编辑属性进行建模，其中：“数据类型”表述有向箭头上传输的数据的类型，决定了模块如何解析接收到的数据；“数据大小”表述有向箭头上传输的数据量，决定了模块保存数据需要开辟的缓存区的大小。

硬件资源系统包括结点内系统和结点间系统，前者用于对单个结点进行建模，后者用于对单节点整体属性和结点间的拓扑进行建模。

结点内系统包括处理器系统和结点内拓扑，前者用于对结点内的处理器进行建模，后者用于对结点内处理器间的互联拓扑进行建模。处理器系统包括处理器属性和存储系统。处理器属性由“字节计算能力”、“单精度计算能力”、“双精度计算能力”、“整型计算能力”和“处理器ID号”建模，前四个属性可从不同角度描述处理器的计算能力，比传统上的主频描述更加全面和严谨，“处理器ID号”是结点内处理器的唯一标识；存储系统包括缓存、内存和外存三部分，由“缓存存储容量”、“内存存储容量”、“外存存储容量”来建模。本发明确定采用“连接类型”、“带宽”、“源处理器ID号”、“目的处理器ID号”和“状态”来建模结点内拓扑。“连接类型”用于对处理器间的数据传输方式进行建模，可以为DMA或是内存拷贝等；“带宽”用于表述数据的传输速度；“源处理器”表述连接的起始处理器；“目的处理器”表述连接的目标处理器；“状态”用于表述该连接的开关状态，状态为开则该连接被使能，否则该连接不可用。

结点间系统包括结点整体属性和结点间拓扑两部分，前者用于表述结点的整体特征，后者用于表述结点间的互联结构。结点整体属性由“结点ID号”、“处理器数量”和“共享存储大小”表征。“结点ID号”是结点的唯一标识；“处理器数量”表征结点内的处理器核心总数；“共享存储大小”表征结点内共享存储区的容量。结点间拓扑由“连接类型”、“带宽”、“源结点ID号”、“目的结点ID号”和“状态”表征。“连接类型”用于表征结点间的数据传输方式，可以是DMA或PCI总线等；“带宽”表征结点间连接数据的传输速度；“源结点ID号”表征结点间连接的源结点；“目的结点ID号”表征结点间连接的目标结点号；“状态”表征该连接的开关状态。

映射系统采用“模块全局ID号”、“结点ID号”、“处理器ID号”就可实现模块到硬件处理核心的映射。“模块全局ID号”表述待分配的模块的全局ID号，“结点ID号”表述要将模块分配到哪个结点上，“处理器ID号”表述要将模块分配到上述结点的哪个处理器核心上，实质上建立起模块和处理器核心的对应关系。本映射系统不限定一一映射关系，即多个模块可以同时映射到同一个处理器上。

如图4示，为模块化的信号处理流图与多处理器硬件平台建模方法的实施流程图，分为以下步骤：

步骤1：模块化的信号处理流图建模，具体步骤为：

步骤1.4：检查模块、端口、箭头的全局ID号是否有冲突，

若：有冲突，则修正冲突的ID号，返回步骤1.4，

若：无冲突，则执行步骤2，

步骤2：多处理器硬件平台建模，具体步骤为：

步骤2.4：判断多处理器硬件平台是否为多接点系统，

若：不是，则不对结点间拓扑进行建模。

步骤2.5：检查结点ID号、结点内处理器ID号是否有冲突，

若：有冲突，则修正冲突的ID号，返回步骤2.5，

若：无冲突，则执行步骤3，

若：有，则返回步骤3.1，

若：无，则建模结束。

Claims

1.一种模块化的信号处理流图与多处理器硬件平台建模方法，其特征在于，这是一种将模块化的信号处理流图映射到多处理器硬件平台上的建模方法，依次按以下步骤实施：

步骤1：模块化的信号处理流图建模，具体步骤为：

步骤1.4：检查模块、端口、箭头的全局ID号是否有冲突，

若：有冲突，则修正冲突的ID号，返回步骤1.4，

若：无冲突，则执行步骤2，

步骤2：多处理器硬件平台建模，具体步骤为：

步骤2.4：判断多处理器硬件平台是否为多接点系统，

若：不是，则不对结点间拓扑进行建模；

步骤2.5：检查结点ID号、结点内处理器ID号是否有冲突，

若：有冲突，则修正冲突的ID号，返回步骤2.5，

若：无冲突，则执行步骤3，

若：有，则返回步骤3.1，

若：无，则建模结束。