本发明涉及gpdsp（general-purposedigitalsignalprocessor，通用计算数字信号处理器）技术领域，尤其涉及一种面向gpdsp的多核并行计算实现方法。
背景技术
gpdsp作为一种异构多核处理器，它同时包含了cpu核单元和dsp核单元，其中cpu核单元主要用于负责包括存储管理、文件控制、进程调度、中断管理任务在内的通用事务管理，以及提供对通用操作系统的完整支持，dsp核单元包含若干强大计算能力的64位向量处理阵列，用于支持高密集运算任务的解算。
由于gpdsp是包含cpu核和dsp核的异构多核处理器，包括寄存器文件、片内向量阵列存储器、片内共享存储阵列、片外ddr存储器等多层次存储架构，针对gpdsp的异构多核并行编程，目前还没有有效的解决方案，若简单的直接套用同构多核并行编程方法来实现，不能有效发挥gpdsp的强大计算能力。如现有的cpu多核处理器运行通用操作系统，通常会提供基于openmp或mpi的通用并行编程方法，但是如上述，gpdsp除了包含多个cpu核外，同时还包含多个含64位向量处理阵列的dsp核，并且由dsp核提供主要的计算性能，若直接使用现有的基于openmp或mpi的通用并行编程方法，不能实现cpu和多dsp核间的并行编程，即无法应用于gpdsp实现构多核并行编程。因此，亟需提供一种适用于gpdsp的多核并行计算实现方法，以能够充分发挥多核cpu和多核dsp高性能。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够充分发挥多核cpu和多核dsp高性能实现多核并行计算，且实现方法简单、使用方便、应用灵活及高效的面向gpdsp的多核并行计算实现方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种面向gpdsp的多核并行计算实现方法，步骤包括：
s1.将目标gpdsp应用程序划分为主体框架部分以及核心计算部分，在gpdsp中的cpu端构建实现所述主体框架部分的cpu程序模块，在dsp端构建实现所述核心计算部分的dsp程序模块，由所述cpu程序模块对所述dsp程序模块进行调用；
s2.分别在dsp端对所述dsp程序模块、以及在cpu端对所述cpu程序模块进行编译，再将编译后dsp程序模块和cpu程序模块进行统一编译，得到单芯片gpdsp程序；
s3.运行所述gpdsp程序，执行程序中所述cpu程序模块时，通过调用所述dsp程序模块执行指定的计算任务，并由gpdsp内多个dsp核并行进行计算。
作为本发明的进一步改进：所述步骤s1中具体将包括目标gpdsp应用程序中数据准备、控制逻辑以及任务管理部分划分为主体框架部分，以及将目标gpdsp应用程序中需占用指定时间的算法、计算任务划分为核心计算部分。
作为本发明的进一步改进，所述步骤s2的具体步骤为：所述dsp程序模块通过dsp端的编译器或汇编器编译成二进制可执行代码，得到编译后dsp程序模块；所述cpu程序模块通过cpu端的编译器完成编译，得到编译后cpu程序模块，将编译后dsp程序模块、编译后cpu程序模块在cpu的编译环境下统一链接为单芯片的gpdsp程序可执行代码，得到所述单芯片gpdsp程序。
作为本发明的进一步改进：所述步骤s3中调用所述dsp程序模块时，具体通过所述cpu程序模块根据所需执行的计算任务，将所述dsp程序模块以及所述dsp程序模块计算所需的参数、数据传输到dsp核指定位置处，启动dsp核运行所述dsp程序模块，直到所述dsp程序模块完成计算。
作为本发明的进一步改进，所述步骤s3的具体步骤为：
s31.运行所述gpdsp程序，执行程序中所述cpu程序模块时，若需要调用所述dsp程序模块，转入执行步骤s32；
s32.所述cpu程序模块根据所需执行的计算任务，将所述dsp程序模块以及所述dsp程序模块计算所需的参数、数据传输到dsp核指定位置处；
s33.启动dsp核运行，所述dsp程序模块由多核dsp并行执行，以并行完成所述cpu程序模块传过来的计算任务；
s34.当所述cpu程序模块检测到所述dsp程序模块的计算结束标志时，退出当前计算；继续执行所述cpu程序模块，若需要调用所述dsp程序模块，返回执行步骤s32，直到全部计算任务运行结束。
作为本发明的进一步改进，所述步骤s32的具体步骤为：
s321.预先将gpdsp中的dsp核内存地址空间划分为用于存储计算所需参数数据的参数段、用于存储程序代码的代码段以及用于存储计算所需数据的数据段；
s322.调用所述dsp程序模块时，所述cpu程序模块将计算所需参数数据传递到dsp端的所述参数段，将dsp端的所述dsp程序模块的程序代码传递到所述代码段，以及将所述dsp程序模块计算所需数据传递到所述数据段。
作为本发明的进一步改进：所述步骤s322中具体将计算所需参数数据传递到dsp端的所述参数段的起始地址para_addr，将dsp端的所述dsp程序模块的程序代码传递到所述代码段的起始地址code_addr，以及将所述dsp程序模块计算所需数据传递到所述数据段的起始地址data_addr，并在完成传输后，在指定的程序运行状态地址写入程序计算开启标志。
作为本发明的进一步改进，所述步骤s33的具体步骤为：
s331.预先在所述dsp程序模块中构建入口程序子模块以及对应不同计算子任务的多个dsp子程序模块，各个dsp子模块对应由不同的dsp核执行，所述入口程序子模块包括每个dsp核均需要执行的入口程序，由所述入口程序子模块读取各dsp核的id值，并根据读取到的各id值分别跳转到对应各个dsp核的所述dsp子程序模块；
s332.启动各dsp核运行时，各dsp核并行执行对应的所述dsp子程序模块，以分别读取所述cpu程序模块传送的参数数据、计算所需数据以及读取的dsp核的id值，并分别加载各dsp核所需要的数据执行对应计算任务；
s333.完成当前所有计算任务后，在指定的程序运行状态地址state_addr写入程序计算结束标志。
作为本发明的进一步改进：所述步骤s332具体分别读取存放在dsp核内参数段的起始地址para_addr中参数数据、数据段的起始地址data_addr中数据以及dsp核的id值，并分别计算各dsp核的计算任务所对应的数据起始地址、数据长度。
作为本发明的进一步改进：所述步骤s33中多核并行执行时，还包括各个dsp核采用基于gpdsp的dsp核间硬件同步机制实现多核间的同步操作。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明面向gpdsp的多核并行计算实现方法，考虑gpdsp多核异构的体系结构特征，通过将应用程序进行主体框架、核心计算的划分后，分别在cpu、dsp端构建实现主体框架、核心计算的程序模块，由cpu端程序调用dsp端程序，能够支持gpdsp结构的统一并行编程，由于cpu、dsp端程序分别独立构建，cpu端不需要关注dsp底层的体系结构和硬件细节，只需要关注调用dsp端程序计算所需要的接口参数，在dsp端则可以便于深入挖掘dsp体系结构的指令级并行性、向量处理器阵列的向量化优化以及多核dsp间的并行优化与同步，能够最大限度的发挥出gpdsp中多核dsp的峰值计算性能，从而实现方便、灵活且高效的面向gpdsp的多核并行计算，充分发挥gpdsp的多核性能。
2、本发明面向gpdsp的多核并行计算实现方法，在cpu端与dsp端独立构建程序模块，通过dsp端的编译器或汇编器编译成二进制可执行代码提供给cpu端程序调用，实现了计算任务模块化，可以简化计算任务的调试，保证应用程序的可靠性和稳定性。
3、本发明面向gpdsp的多核并行计算实现方法，通过将dsp端程序综合成一个可执行程序代码，由cpu端程序调用dsp端程序的二进制可执行代码，最终在cpu的编译环境下统一链接为单芯片的gpdsp程序可执行代码，实现gpdsp中多核并行计算的统一并行编程，有利于提高高级语言编程的开发效率，特别是针对多核、向量运算阵列等并行资源，且具有通用性和易用性好、应用范围广的优点。
附图说明
图1是本实施例面向gpdsp的多核并行计算实现方法的实现流程示意图。
图2是本发明具体实施例中生成gpdsp多核并行程序的实现流程示意图。
图3是本发明具体实施例中实现多核并行计算的实现流程示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例面向gpdsp的多核并行计算实现方法，步骤包括：
s1.将目标gpdsp应用程序划分为主体框架部分以及核心计算部分，在gpdsp中的cpu端构建实现主体框架部分的cpu程序模块，在dsp端构建实现核心计算部分的dsp程序模块，由cpu程序模块对dsp程序模块进行调用；
s2.分别在dsp端对dsp程序模块、以及在cpu端对cpu程序模块进行编译，再将编译后dsp程序模块和cpu程序模块进行统一编译，得到单芯片gpdsp程序；
s3.运行gpdsp程序，执行程序中cpu程序模块时，通过调用dsp程序模块执行指定的计算任务，并由gpdsp内多个dsp核并行进行计算。
本实施例考虑gpdsp多核异构的体系结构特征，通过将应用程序进行主体框架、核心计算的划分后，分别在cpu、dsp端构建实现主体框架、核心计算的程序模块，由cpu端程序（cpu程序模块）调用dsp端程序（dsp程序模块），能够支持gpdsp结构的统一并行编程，由于cpu、dsp端程序分别独立构建，cpu端不需要关注dsp底层的体系结构和硬件细节，只需要关注调用dsp端程序计算所需要的接口参数，在dsp端则可以便于深入挖掘dsp体系结构的指令级并行性、向量处理器阵列的向量化优化以及多核dsp间的并行优化与同步，能够充分发挥gpdsp的多核性能，从而实现方便、灵活且高效的面向gpdsp的多核并行计算。
本实施例上述方法，通过分别在dsp端对dsp程序模块、以及在cpu端对cpu程序模块进行编译，最终是在cpu的编译环境下统一链接为单芯片的gpdsp程序可执行代码，可以实现gpdsp中多核并行计算的统一并行编程，有利于提高高级语言编程的开发效率，特别是针对多核、向量运算阵列等并行资源，且具有通用性和易用性好、应用范围广的优点，同时由cpu程序模块调用dsp程序模块，可以实现计算任务模块化，简化计算任务的调试，保证应用程序的可靠性和稳定性。
本实施例中，步骤s1中具体将包括目标gpdsp应用程序中数据准备、控制逻辑以及任务管理等部分划分为主体框架部分，以及将目标gpdsp应用程序中需占用指定时间的核心算法、计算任务划分为核心计算部分，主体框架部分、核心算法部分的划分具体可根据实际需求进行设定。具体首先对待实现的目标gpdsp应用程序进行功能划分，以分别由cpu端程序、dsp端程序来实现，其中gpdsp程序的主体框架（如数据准备、控制逻辑、任务管理等）采用cpu端程序实现，占主要计算时间的核心算法或计算任务采用dsp端程序实现，cpu端程序、dsp端程序分别独立构建，dsp端程序可以由dsp支持的编程语言实现，能够便于最大限度的发挥出gpdsp中多核dsp的峰值计算性能，cpu端程序可以由cpu支持的编程语言实现，通过cpu端的编译器完成编译，cpu端不需要关注dsp底层的体系结构和硬件细节，只需要关注调用dsp端程序计算所需要的接口参数。
本实施例中，步骤s2的具体步骤为：dsp程序模块通过dsp端的编译器或汇编器编译成二进制可执行代码，得到编译后dsp程序模块；cpu程序模块通过cpu端的编译器完成编译，得到编译后cpu程序模块，最终将编译后dsp程序模块、编译后cpu程序模块在cpu的编译环境下统一链接为单芯片的gpdsp程序可执行代码，得到单芯片gpdsp程序。即将dsp端的所有程序综合成一个可执行程序代码，通过dsp端的编译器或汇编器编译成二进制可执行代码提供给cpu端程序调用，cpu端程序调用的即是dsp端程序的二进制可执行代码，最终在cpu的编译环境下再统一链接为单芯片的gpdsp程序可执行代码，实现gpdsp中多核并行计算的统一并行编程。
本实施例中，步骤s3中调用dsp程序模块时，具体通过cpu程序模块根据所需执行的计算任务，将dsp程序模块以及dsp程序模块计算所需的参数、数据传输到dsp核指定位置处，启动dsp核运行dsp程序模块，直到dsp程序模块完成计算。cpu端程序在运行的过程中，通过调用dsp端程序完成占主要计算时间的核心算法和计算任务，cpu端程序调用dsp端程序的实现方式即是将dsp端程序的二进制可执行代码传输到dsp核的指定位置（如代码段起始地址）处，启动dsp核运行dsp端程序，直到检测到dsp端程序运行结束标志。
本实施例中，步骤s3的具体步骤为：
s31.运行gpdsp程序，执行程序中cpu程序模块时，若需要调用dsp程序模块，转入执行步骤s32；
s32.cpu程序模块根据所需执行的计算任务，将dsp程序模块以及dsp程序模块计算所需的参数、数据传输到dsp核指定位置处；
s33.启动dsp核运行，dsp程序模块由多核dsp并行执行，以并行完成cpu程序模块传过来的计算任务；
s34.当cpu程序模块检测到dsp程序模块的计算结束标志时，退出当前计算；继续执行cpu程序模块，若需要调用dsp程序模块，返回执行步骤s32，直到全部计算任务运行结束。
由上述步骤可实现面向gpdsp的多核并行计算，cpu端程序在运行的过程中，通过调用dsp端程序完成占主要计算时间的核心算法和计算任务，在dsp端由多核dsp并行执行核心计算任务，能够结合gpdsp的结构体系特性充分发挥gpdsp的多核性能。
本实施例中，步骤s32的具体步骤为：
s321.预先将gpdsp中的dsp核内存地址空间划分为用于存储计算所需参数数据的参数段、用于存储程序代码的代码段以及用于存储计算所需数据的数据段；
s322.调用dsp程序模块时，cpu程序模块将计算所需参数数据传递到dsp端的参数段，将dsp端的dsp程序模块的程序代码传递到代码段，以及将dsp程序模块计算所需数据传递到数据段。
本实施例中，步骤s322中具体将计算所需参数数据传递到dsp端的参数段的起始地址para_addr，将dsp端的dsp程序模块的程序代码传递到代码段的起始地址code_addr，以及将dsp程序模块计算所需数据传递到数据段的起始地址data_addr，并在完成传输后，在指定的程序运行状态地址写入程序计算开启标志。
本实施例实现cpu端的cpu程序模块调用dsp端的dsp程序模块，具体先将gpdsp的dsp核内存地址空间按照实际程序需求划分为不交叉的三部分：参数段，起始地址为para_addr，长度为para_len；代码段，起始地址为code_addr，长度为code_len；数据段，起始地址为data_addr，长度为data_len；然后由cpu端程序传递dsp端程序计算所需要的接口参数，其中将dsp端程序计算所需要的参数数据传递到dsp端存放参数的起始地址para_addr，将dsp端程序代码传递到dsp端存放代码的起始地址code_addr，将dsp端程序计算所需的数据传递到dsp端存放数据的起始地址data_addr，完成传输后，在指定的程序运行状态地址写入程序计算开启标志，并启动dsp核运行。
本实施例启动dsp核运行后，每个核心算法和计算任务的dsp端程序由多核dsp采用共享数据的并行计算方法，并行完成cpu端程序传过来的计算任务，步骤s33的具体步骤为：
s331.预先在dsp程序模块中构建入口程序子模块以及对应不同计算子任务的多个dsp子程序模块，各个dsp子模块对应由不同的dsp核执行，入口程序子模块包括每个dsp核均需要执行的入口程序，由入口程序子模块读取各dsp核的id值，并根据读取到的各id值分别跳转到对应各个dsp核的dsp子程序模块；
s332.启动各dsp核运行时，各dsp核并行执行对应的dsp子程序模块，以分别读取cpu程序模块传送的参数数据、计算所需数据以及读取的dsp核的id值，并分别加载各dsp核所需要的数据执行对应计算任务；
s333.完成当前所有计算任务后，在指定的程序运行状态地址state_addr写入程序计算结束标志。
本实施例中，步骤s332具体各dsp子模块读取存放在参数段的起始地址para_addr中参数数据、数据段的起始地址data_addr中数据以及dsp核的id值，并分别计算目标dsp核的计算任务所对应的数据起始地址、数据长度。
在具体应用实施例中，各个dsp核实现并行计算流程为：
a)在dsp端将每个核心算法和计算任务的dsp端程序综合成一个可执行程序代码；设gpdsp包含的dsp核数量为n，dsp端程序代码包含n+1个子代码段：子代码段0（init）为dsp端程序代码的运行入口代码，子代码段1（core1），子代码段2（core2），…，子代码段n（coren）分别为核dsp1，dsp2，…，dspn上运行的程序代码；
b)dsp端程序代码的子代码段0（init）是每个dsp核都需要执行的入口代码，该子代码段读取dsp核的id值，根据dsp核的id值分别跳转到各个dsp核的子代码段1（core1），子代码段2（core2），…，子代码段n（coren）；
c)各个dsp核的程序代码采用共享数据的方法进行并行计算，各个dsp核的程序代码分别读取存放在参数段起始地址para_addr的参数数据、数据段起始地址data_addr中数据和读取的dsp核的id值，分别计算本dsp核计算任务所在的数据起始地址和数据长度，各个dsp核的程序代码分别加载本dsp核计算所需要的数据执行本核的计算子任务。
本实施例中，步骤s33中多核并行执行时，还包括各个dsp核采用基于gpdsp的dsp核间硬件同步机制实现多核间的同步操作，以采用dsp支持的硬件同步机制进行多核dsp间的并行设计与优化，最大限度的发挥出gpdsp中多核dsp的峰值计算性能。
以下以在具体应用实施例中实现面向gpdsp的多核并行计算对本发明进行进一步说明：
首先生成gpdsp多核并行程序，如图2所示，具体流程包括：
步骤1：对待实现的gpdsp应用程序进行功能划分，以划分为cpu端程序（cpu端程序模块）和dsp端程序（dsp端程序模块）两部分；
步骤2：cpu端程序由cpu支持的编程语言实现，包括配置调用dsp端程序计算所需要的接口参数；
步骤3：dsp端程序由采用dsp支持的编程语言实现，包括：
步骤3.1：对dsp体系结构的指令级并行性、向量处理器阵列的向量化等进行充分优化；
步骤3.2：采用dsp支持的硬件同步机制进行多核dsp间的并行设计与优化，以最大限度的发挥出gpdsp中多核dsp的峰值计算性能；
步骤3.3：通过dsp端的编译器或汇编器编译成二进制可执行代码；
步骤4：使用cpu端编译器工具对cpu端的源代码和dsp端的二进制可执行代码进行统一编译和链接，最终生成统一的单芯片gpdsp可执行代码。
生成gpdsp多核并行程序后，执行gpdsp多核并行程序以实现多核并行计算，如图3所示，具体流程包括：
步骤1：gpdsp应用程序在cpu端启动；
步骤2：cpu端程序在运行的过程中，调用dsp端程序完成占主要计算时间的核心算法和计算任务；cpu端程序调用dsp端程序的实现方式是将dsp端程序的二进制可执行代码传输到dsp核的代码段起始地址，启动dsp核运行dsp端程序，直到检测到dsp端程序运行结束标志，详细步骤包括：
步骤2.1：cpu端程序将dsp端程序计算所需要的参数数据传递到dsp端存放参数的起始地址para_addr，将dsp端程序代码传递到dsp端存放代码的起始地址code_addr，将dsp端程序代码计算所需的数据传递到dsp端存放数据的起始地址data_addr，完成传输后，在指定的程序运行状态地址写入程序计算开启标志，并启动dsp核运行；
步骤2.2：dsp端程序由多核dsp采用共享数据的并行计算方法，并行完成cpu端程序传过来的计算任务；
步骤2.3：各个dsp核的程序代码分别读取存放在起始地址para_addr的参数数据、数据段起始地址data_addr中的数据和读取的dsp核的id值，分别计算本dsp核计算任务所在的数据起始地址和数据长度，各个dsp核的程序代码分别加载本dsp核的所需要的数据执行本核的计算子任务；
步骤2.4：各个dsp核的程序代码采用gpdsp提供的dsp核间硬件同步机制实现多核间的同步操作；
步骤2.5：dsp端程序代码完成计算任务后，由dsp1在指定的程序运行状态地址state_addr写入程序计算结束标志。
步骤3：当cpu端程序检测到dsp端程序计算结束标志时，dsp核退出当前计算，继续执行cpu端程序，若运行中需要调用dsp端程序计算时，重新执行上述步骤2、步骤3，直到全部计算任务运行结束。
步骤4：计算完毕。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。