CN105893320A - 一种面向多核处理器的远程任务函数调用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向多核处理器的远程任务函数调用方法，其为每个核分配了一块称为“邮箱”可供其他核心访问读取数据的内存空间，每个核可在属于自己以及其他核的“邮箱”空间中进行读操作与写操作，通过资源互斥锁避免“邮箱”空间的竞争读写访问。当报文已被写入目标“邮箱”空间后，远程调用发起核会通过发起核间中断的方式通知目标核有新的报文到达，目标核转入核间中断处理函数去解析报文中的函数调用索引值，并根据函数参数以及相关信息调用具体本地函数，完成函数的远程调用过程。由此，本发明能够满足实时操作系统对远程核数调用实时性，高效率的要求，降低了以往远程核数调用所带来的复杂性问题。

Description

一种面向多核处理器的远程任务函数调用方法

技术领域

本发明属于多核操作系统任务调用技术领域，具体涉及一种面向多核处理器的远程任务函数调用方法。

背景技术

在计算机运行中，需要调用很多子程序和子任务，这些任务和主程序并不一定是按顺序在程序存储区中依次存放，而是通过中断或者调用程序如ACALL、LCALL等命令来实现的。传统的任务调用是通过纯软件的方法，当使用任务调用的时候需要保护现场，将现有程序指针等信息压到堆栈中，当任务结束后再将压栈的信息弹出，这种方法对于相对简单的系统没有问题，但是对于数据运算量非常庞大的特定系统，把实现各种功能的程序都集成在单个处理器中作为子程序调用，需要很大的存储空间，并且全部由单个处理器来调用和完成将严重地影响到系统的工作速度。

而随着多核处理器的发展，多核系统的应用也变得越来越广泛，多核处理器较传统的单核处理器有着高性能、低功耗、易于编程的诸多优势，因此，多核技术已成为嵌入式系统领域研究和应用的热点。在实时嵌入式操作系统中，对于多核间通信以及远程函数调用的效率与实效性要求是尤为重要的一个设计关键点。

公知的，一个运行平台上可以处理若干任务，其处理任务的过程是通过执行任务函数来完成的，其任务函数的调用则是通过该运行平台的控制系统来实现。然而，如果想要实现不同的运行平台之间的函数调用，达到多功能通讯的目的，由于各个函数调用的情况不同，如函数名不同、函数调用时是否需要参数、函数调用后是否返回结果等等。因此，发送平台必须将这些信息全部发送到接收平台，才能在接收平台上正确的实现函数调用，这样就造成运行平台之间通讯的数据传输量大。并且，目前不同运行平台之间通讯的方法中，一般都是对于不同的任务或函数，采用不同的通讯接口，因此随着不同任务增多，通讯接口也必将随着增加，增加了系统的负荷。

因此，对于多核处理器，采用任务迁移的方式，实现某一个核心上的任务在其它核心上的运行，既要付出大量的数据处理所消耗的处理器性能成本，又要耗费这一过程中所带来的大量时间成本。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种面向多核处理器的远程任务函数调用方法，能够满足实时操作系统对远程核数调用实时性，高效率的要求，降低了以往远程核数调用所带来的复杂性问题。

一种面向多核处理器的远程任务函数调用方法，包括如下步骤：

(1)发起核通过查询任务函数映射表，获知其所要调用的任务函数具体位于哪个核的任务列表中，该核即为目的核；

(2)发起核在本地生成请求报文，并将该报文写入目的核的共享内存单元区域，进而通过触发核间中断的形式告知目的核已完成请求报文的写操作；

(3)目的核对核间中断信息进行解析，并读取本地共享内存单元区域中的请求报文，同样以触发核间中断的形式告知发起核已完成请求报文的读操作；

(4)目的核根据请求报文将所要调用的任务函数状态转变为就绪状态，进而执行该任务函数以生成结果数据；

(5)目的核在本地生成数据报文，并将该报文写入发起核的共享内存单元区域，进而通过触发核间中断的形式告知发起核已完成数据报文的写操作；

(6)发起核对核间中断信息进行解析，并读取本地共享内存单元区域中的数据报文，同样以触发核间中断的形式告知目的核已完成数据报文的读操作。

所述的任务函数映射表包含每个任务函数及其所在核之间的映射关系。

所述的步骤(2)中，发起核将请求报文写入目的核的共享内存单元区域之前，需获取目的核对应共享内存单元区域的读写自旋锁。

所述的请求报文包括报文头和报文体，报文头指示报文的传输类型即任务函数调用，报文体包含所要调用任务函数的相关参数、操作守则以及在任务列表中的索引。

所述的步骤(2)中，发起核通过对目的核的核间中断寄存器写入相关控制信息，并触发对目的核的核间中断以告知目的核已完成请求报文的写操作；所述的相关控制信息包括核间中断类型、请求报文的长度及其写入共享内存单元区域的具体位置以及发起核的序号。

所述的步骤(3)中，发起核收到目的核对其的核间中断后，对核间中断信息进行解析，从而释放所述的读写自旋锁。

所述的步骤(5)中，目的核将数据报文写入发起核的共享内存单元区域之前，需获取发起核对应共享内存单元区域的读写自旋锁。

所述的数据报文包括报文头和报文体，报文头指示报文的传输类型即结果数据传输，报文体则包含具体结果数据。

所述的步骤(5)中，目的核通过对发起核的核间中断寄存器写入相关控制信息，并触发对发起核的核间中断以告知发起核已完成数据报文的写操作；所述的相关控制信息包括核间中断类型、数据报文的长度及其写入共享内存单元区域的具体位置以及目的核的序号。

所述的步骤(6)中，目的核收到发起核对其的核间中断后，对核间中断信息进行解析，从而释放所述的读写自旋锁。

本发明根据同构多核的特点采用对称通信的方法设计了一种面向多核处理器的核间远程任务函数调用方案，该调用方案为每个核分配了一块称为“邮箱”可供其他核心访问读取数据的内存空间，每个核可在属于自己以及其他核的“邮箱”空间中进行读操作与写操作，通过资源互斥锁避免“邮箱”空间的竞争读写访问。每个“邮箱”空间可以写入若干个报文块，每个报文块包含了报文头与报文体，报文头包含了需要调用的函数在全局函数索引表的索引值，报文体包含了函数调用的相关参数以及需要传输的数据信息，当报文已被写入目标“邮箱”空间后，远程调用发起核会通过发起核间中断的方式通知目的核有新的报文到达，目的核转入核间中断处理函数去解析报文中的函数调用索引值，并根据函数参数以及相关信息调用具体本地函数，完成函数的远程调用过程。

由此可见，本发明能够满足实时操作系统对远程核数调用实时性，高效率的要求，降低了以往远程核数调用所带来的复杂性问题。

附图说明

图1为本发明远程任务函数调用方法的系统结构示意图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明根据同构多核的特点采用对称通信的方法设计了一种应用于同构多核处理器的核间远程任务函数调用方案，以满足实时操作系统对远程核数调用实时性，高效率的要求，降低了以往远程核数调用所带来的复杂性问题。

如图1所示，本发明远程任务函数调用方案具体实现需包括：任务函数映射单元、核间通信单元、任务调度单元和任务函数映射单元；其中：

任务函数映射单元能够通过查询任务函数映射表，获知目标任务函数具体位于哪一个核心的本地任务列表中。

核间通信单元用于完成核与核之间的数据通信传输功能，保证发送核通信信息能够到达目的核；核间通信单元的数据传输报文格式包括报文头与报文体，报文头指示数据传输类型，报文体包含了传输的具体数据信息内容。

任务调度单元用于管理任务状态，能够激活任务，使任务能够被处理核心执行，其能够解析数据传输报文的报文头与报文体，获知需要执行的对应指令操作；能够管理任务状态，将挂起状态的任务激活，令其进入就绪态；使就绪态的任务抢占处理核心，令其进入运行态；使运行态任务结束运行，令其进入挂起态；使运行任务被其它任务抢占，令其进入就绪态。

任务函数映射单元包括任务函数映射表，所有的任务在系统开始运行时已被静态分配到每个核心的任务列表中，具体任务位于具体某个核心的映射关系可通过查询公共的任务函数映射表获知，任务在开始运行前处于运行态、就绪态或者挂起态，运行态的任务正在被处理核心执行，就绪态的任务已被激活随时可以抢占处理核心执行，挂起态的任务未被激活不可以被处理核心执行。

其中，核间通信单元包括：

共享内存模块，每个核心可以访问该共享内存单元区域，对共享内存区域数据进行自由读写。

自旋锁管理模块，通过对自旋锁写入特定值的方式完成不同核心对共享内存单元的互斥访问，保证同一时刻只有一个核心对内存区域进行数据读写操作，避免产生读写数据不一致现象。

核间中断管理模块，通过对核间中断寄存器写入控制信息数据，产生目的核的核间中断，令目的核进入核间中断处理服务函数去执行相关指令操作。

本实例核间远程任务函数调用系统的具体工作过程如下：

(1)对于系统内的每个核心，核心都有自己独有的任务函数列表，核心各自执行任务函数列表内的任务函数；所有具体任务函数与核的映射关系，被存储在公共的任务函数映射表中，每个核心都可以通过任务函数映射单元查询任务函数映射表，获知要远程调用的任务函数具体位于哪一个核心的任务列表内。任务函数映射表包括了任务函数索引与核心序号的对应关系。

(2)当一个核心需要调用并不位于本地任务函数列表的某个任务函数即发起远程函数调用时，发起核心首先通过任务函数映射单元查询公共的任务函数映射表，获知具体远程任务函数所位于的目的核心序号，并在发起核心本地构造生成数据传输报文。数据传输报文结构包括报文头与报文体两部分，其中的报文头指示此次数据传输报文的属性类型，数据传输报文的属性类型包括但不仅限于远程函数调用和结果数据传输。报文体内容包括但不仅限于具体远程任务函数的索引、函数调用参数、回调方式以及具体结果数据。当需要发起远程任务函数调用时，构造生成的数据传输报文的报文头应该指示此次数据传输报文的属性类型应该是远程函数调用，报文体的内容包含了具体调用的远程任务函数的映射索引值、函数调用参数以及回调方式。

(3)之后远程任务函数调用的发起核心通过核间通信单元的自旋锁管理模块，获取目的核心的共享内存单元区域的读写自旋锁，保证对于目的核心共享内存区域的写操作不会出现竞争写操作。当发起核没有获取读写自旋锁成功时，发起核会不断循环尝试去获取读写自旋锁，直到成功获取目的核心的共享内存单元区域的读写自旋锁，即可以对目的核心的共享内存单元区域进行读写操作。每个核心的共享内存单元区域都有自己对应的读写自旋锁。

(4)发起核心将在本地构造生成的数据传输报文写入目的核心的共享内存单元区域。

(5)发起核心通过对目的核心的核间中断寄存器写入相关控制信息数据的方式，触发目的核心的核间中断，控制信息数据的结构包括了发起核心写入目的核心共享内存单元区域的数据传输报文的核间中断类型、报文长度信息、发起核心序号、共享内存单元区域内具体位置等信息。使目的核心获知发起核已完成数据传输报文的写操作并能够通过解析控制信息数据获知报文的长度、位置、来源等控制信息。

(6)目的核心因为触发核间中断，进入自身的核间中断处理函数解析核心的中断寄存器中的相关控制信息，从而读取目的核心的共享内存单元区域的数据传输报文至本地内存空间。

(7)目的核心通过对发起核心的核间中断寄存器写入相关控制信息数据的方式，触发发起核心的核间中断，控制信息数据的结构包括了核间中断类型为释放读写自旋锁中断，目的核心序号。使发起核心获知目的核已完成数据传输报文的读操作并可以释放发起核心获取的目的核心的读写自旋锁。

(8)发起核心因为触发核间中断，进入自身的核间中断处理函数解析核心的中断寄存器中的相关控制信息，释放发起核心获取的目的核心的读写自旋锁。

(9)目的核心将数据传输报文交由任务调度单元解析，并将需要激活的远程函数任务状态转变为就绪态，当不需要回调结果数据时，就完成了一次远程函数调用过程。当需要回调结果数据时，则执行下述步骤(10)～(16)操作。

(10)目的核心本地构造生成数据传输报文。其中报文头指示此次数据传输报文的属性类型是结果数据传输。报文体内容包含具体结果数据。

(11)之后目的核心通过核间通信单元的自旋锁管理模块，获取发起核心的共享内存单元区域的读写自旋锁，保证对于发起核心共享内存区域的写操作不会出现竞争写操作。当目的核没有获取读写自旋锁成功时，目的核会不断循环尝试去获取读写自旋锁，直到成功获取发起核心的共享内存单元区域的读写自旋锁，即可以对发起核心的共享内存单元区域进行读写操作。

(12)目的核心将在本地构造生成的数据传输报文写入发起核心的共享内存单元区域。

(13)目的核心通过对目的核心的核间中断寄存器写入相关控制信息数据的方式，触发发起核心的核间中断，控制信息数据的结构包括了发目的核心写入发起核心共享内存单元区域的数据传输报文的核间中断类型为结果数据传输、报文长度信息、目的核心序号、共享内存单元区域内具体位置等信息。使发起核心获知目的核已完成数据传输报文的写操作并能够通过解析控制信息数据获知报文的长度、位置、来源等控制信息。

(14)发起核心因为触发核间中断，进入自身的核间中断处理函数解析核心的中断寄存器中的相关控制信息，从而读取发起核心的共享内存单元区域的数据传输报文至本地内存空间。

(15)发起核心通过对目的核心的核间中断寄存器写入相关控制信息数据的方式，触发目的核心的核间中断，控制信息数据的结构包括了核间中断类型为释放读写自旋锁中断，发起核心序号。使目的核心获知目的核已完成数据传输报文的读操作并可以释放目的核心获取的发起核心的读写自旋锁。

(16)目的核心因为触发核间中断，进入自身的核间中断处理函数解析核心的中断寄存器中的相关控制信息，释放目的核心获取的发起核心的读写自旋锁，就完成了一次传输结果数据的远程函数调用过程。

上述的对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种面向多核处理器的远程任务函数调用方法，包括如下步骤：

(1)发起核通过查询任务函数映射表，获知其所要调用的任务函数具体位于哪个核的任务列表中，该核即为目的核；

(2)发起核在本地生成请求报文，并将该报文写入目的核的共享内存单元区域，进而通过触发核间中断的形式告知目的核已完成请求报文的写操作；

(3)目的核对核间中断信息进行解析，并读取本地共享内存单元区域中的请求报文，同样以触发核间中断的形式告知发起核已完成请求报文的读操作；

(4)目的核根据请求报文将所要调用的任务函数状态转变为就绪状态，进而执行该任务函数以生成结果数据；

(5)目的核在本地生成数据报文，并将该报文写入发起核的共享内存单元区域，进而通过触发核间中断的形式告知发起核已完成数据报文的写操作；

(6)发起核对核间中断信息进行解析，并读取本地共享内存单元区域中的数据报文，同样以触发核间中断的形式告知目的核已完成数据报文的读操作。

2.根据权利要求1所述的远程任务函数调用方法，其特征在于：所述的任务函数映射表包含每个任务函数及其所在核之间的映射关系。

3.根据权利要求1所述的远程任务函数调用方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，发起核将请求报文写入目的核的共享内存单元区域之前，需获取目的核对应共享内存单元区域的读写自旋锁。

4.根据权利要求1所述的远程任务函数调用方法，其特征在于：所述的请求报文包括报文头和报文体，报文头指示报文的传输类型即任务函数调用，报文体包含所要调用任务函数的相关参数、操作守则以及在任务列表中的索引。

5.根据权利要求1所述的远程任务函数调用方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，发起核通过对目的核的核间中断寄存器写入相关控制信息，并触发对目的核的核间中断以告知目的核已完成请求报文的写操作；所述的相关控制信息包括核间中断类型、请求报文的长度及其写入共享内存单元区域的具体位置以及发起核的序号。

6.根据权利要求3所述的远程任务函数调用方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，发起核收到目的核对其的核间中断后，对核间中断信息进行解析，从而释放所述的读写自旋锁。

7.根据权利要求1所述的远程任务函数调用方法，其特征在于：所述的步骤(5)中，目的核将数据报文写入发起核的共享内存单元区域之前，需获取发起核对应共享内存单元区域的读写自旋锁。

8.根据权利要求1所述的远程任务函数调用方法，其特征在于：所述的数据报文包括报文头和报文体，报文头指示报文的传输类型即结果数据传输，报文体则包含具体结果数据。

9.根据权利要求1所述的远程任务函数调用方法，其特征在于：所述的步骤(5)中，目的核通过对发起核的核间中断寄存器写入相关控制信息，并触发对发起核的核间中断以告知发起核已完成数据报文的写操作；所述的相关控制信息包括核间中断类型、数据报文的长度及其写入共享内存单元区域的具体位置以及目的核的序号。

10.根据权利要求7所述的远程任务函数调用方法，其特征在于：所述的步骤(6)中，目的核收到发起核对其的核间中断后，对核间中断信息进行解析，从而释放所述的读写自旋锁。