神马文学网QNX工具在多核开发中的重要性
来源：百度文库 编辑：神马文学网 时间：2024/04/28 02:50:40
发布时间：2008-1-31 文章来源：世界电子元器件 作者：Jason Lee
当前的嵌入式环境下，多核是显著的发展趋势之一，英特尔、飞思卡尔及瑞萨等公司均先后推出满足该趋势的多核产品。
QNX作为软件供应商，在多核环境下关注的核心在于：现在的应用能否在多核环境下运行，同时，当应用从单核移植到多核时，除可以运行外，还应保证实时性，并令性能有所提高，这样移植才有意义。
那么如何利用操作系统和开发环境完成现有应用的移植？通常会碰到的问题之一即线程之间的同步。当前，很多嵌入式应用中，常把线程A得到的结果传给B，然后线程B将继续进行，这在单CPU环境下不存在问题，但如果移植到多核环境下，线程A和B同时运行，则会导致问题出现。其他问题还包括，如，可重用性及线程的安全性问题等。
因此从单CPU移植到多核环境时，应考虑涉及的应用、库、中间件、实时操作系统（RTOS）及调试、优化工具等是否支持多核环境。
多核RTOS(实时操作系统)
多核RTOS包括3种不同的运行模式：首先是AMP（非对称的多重处理模式），如图1所示，系统内有2个不同的核，每个核对应不同的操作系统，这样的模式在运行多重处理时，设计阶段必须决定哪些应用应在第一个核上运行，哪些应在第二个核上运行，而这些均属于静态配置。在系统设计好并出售给客户后，若客户需要增加内核数量时，必须将系统返回，重新设计才能完成升级、满足客户需求。这即是AMP存在的主要问题。
图1 AMP——非对称的多重处理模式（略）
其次是，SMP(对称式多重处理模式)，如图2所示，该模式下只有1个操作系统，它在两个不同的核上运行。这极大地简化了设计，只需应用是多线程的，从而由操作系统根据应用分配内核资源，当CPU空闲时，操作系统即把线程调配到该CPU上运行。该模式的问题可能在于，如果程序本身忽略了并发性问题，则多核系统可能将无法正确运行。
图2 SMP——对称式多重处理模式（略）
第三，BMP（限定性多重处理模式），该模式是QNX针对AMP及SMP的现有问题而提倡的新概念，限定性多重处理环境下，仍只有一个操作系统，因为看起来类似于SMP，不过除此之外，BMP还可绑定应用究竟在哪个CPU上运行，如图3所示，可将A1、A2绑定给第1个核，A4、A5绑定给第2个核，而A3不进行绑定，可以自由运行。这样的模式融合了AMP和SMP的优点。
图3 BMP——限定性多重处理模式（略）
图4 系统追踪示意（略）
多核开发工具
当应用从单核移植到多核环境时，首先应确定应用是必须在一个核上运行还是可以在多核环境下运行，此时开发工具即可帮助用户了解，该应用可否在多个自由的核上浮动还是需要绑定。此外，开发工具应支持多核环境的调试。
QNX的开发工具提供了优化选项即系统追踪工具，可以令用户在开发环境下检测瓶颈、进程间的通讯及不同核间的通讯等。实现该功能，是因为QNX的内核中添加了事件的收集，可收集库中的线程、线程的创建、系统的调用及中断等信息，并最终通过开发工具为用户显示出相关信息。
QNX的开发工具提供了应用分析器，它可以获知哪个函数运行耗费最多的时间，由此决定该函数应分为不同的线程还是应由单一线程运行。
函数旨在将数组填满，如图5所示。当数组较大时，耗费时间则相应较长，对于多核环境，可以进行如下优化：如果将该函数移植到多核（4核）CPU上，则可以选择以4个不同的线程同时填充数组。各线程同步填充，为了防止并发性问题，此处需引入同步机制，如：明确有可能相互冲突的线程，令不相冲突的线程同步运行，并根据时序顺序依次运行相互冲突的进程，从而避免问题的发生。
QNX内核的软处理器亲和性，进一步优化了性能。其原理即当线程在某CPU上运行后，内核尽量让该线程在同一CPU上运行，当线程需和另外的线程进行通讯时，内核也会尽量让另外的线程在同一CPU上运行，其主要目的是尽量避免线程移植，因为移植时会浪费缓存的资源。这也就是QNX开发工具基于BMP模式的线程绑定功能。
图5 函数及数组（略）
综上所述，QNX操作系统支持三种不同的多重处理模式，支持单核到多核环境的移植，而开发工具则能令用户观测移植的状 态，查看移植中的同步问题，线程在不同核上的迁移问题、线程间的通讯情况等。优良的嵌入式操作系统及开发工具必将为多核环境 提 供越来越完 善的支持。
当前的嵌入式环境下，多核是显著的发展趋势之一，英特尔、飞思卡尔及瑞萨等公司均先后推出满足该趋势的多核产品。
QNX作为软件供应商，在多核环境下关注的核心在于：现在的应用能否在多核环境下运行，同时，当应用从单核移植到多核时，除可以运行外，还应保证实时性，并令性能有所提高，这样移植才有意义。
那么如何利用操作系统和开发环境完成现有应用的移植？通常会碰到的问题之一即线程之间的同步。当前，很多嵌入式应用中，常把线程A得到的结果传给B，然后线程B将继续进行，这在单CPU环境下不存在问题，但如果移植到多核环境下，线程A和B同时运行，则会导致问题出现。其他问题还包括，如，可重用性及线程的安全性问题等。
因此从单CPU移植到多核环境时，应考虑涉及的应用、库、中间件、实时操作系统（RTOS）及调试、优化工具等是否支持多核环境。
多核RTOS(实时操作系统)
多核RTOS包括3种不同的运行模式：首先是AMP（非对称的多重处理模式），如图1所示，系统内有2个不同的核，每个核对应不同的操作系统，这样的模式在运行多重处理时，设计阶段必须决定哪些应用应在第一个核上运行，哪些应在第二个核上运行，而这些均属于静态配置。在系统设计好并出售给客户后，若客户需要增加内核数量时，必须将系统返回，重新设计才能完成升级、满足客户需求。这即是AMP存在的主要问题。
图1 AMP——非对称的多重处理模式（略）
其次是，SMP(对称式多重处理模式)，如图2所示，该模式下只有1个操作系统，它在两个不同的核上运行。这极大地简化了设计，只需应用是多线程的，从而由操作系统根据应用分配内核资源，当CPU空闲时，操作系统即把线程调配到该CPU上运行。该模式的问题可能在于，如果程序本身忽略了并发性问题，则多核系统可能将无法正确运行。
图2 SMP——对称式多重处理模式（略）
第三，BMP（限定性多重处理模式），该模式是QNX针对AMP及SMP的现有问题而提倡的新概念，限定性多重处理环境下，仍只有一个操作系统，因为看起来类似于SMP，不过除此之外，BMP还可绑定应用究竟在哪个CPU上运行，如图3所示，可将A1、A2绑定给第1个核，A4、A5绑定给第2个核，而A3不进行绑定，可以自由运行。这样的模式融合了AMP和SMP的优点。
图3 BMP——限定性多重处理模式（略）
图4 系统追踪示意（略）
多核开发工具
当应用从单核移植到多核环境时，首先应确定应用是必须在一个核上运行还是可以在多核环境下运行，此时开发工具即可帮助用户了解，该应用可否在多个自由的核上浮动还是需要绑定。此外，开发工具应支持多核环境的调试。
QNX的开发工具提供了优化选项即系统追踪工具，可以令用户在开发环境下检测瓶颈、进程间的通讯及不同核间的通讯等。实现该功能，是因为QNX的内核中添加了事件的收集，可收集库中的线程、线程的创建、系统的调用及中断等信息，并最终通过开发工具为用户显示出相关信息。
QNX的开发工具提供了应用分析器，它可以获知哪个函数运行耗费最多的时间，由此决定该函数应分为不同的线程还是应由单一线程运行。
函数旨在将数组填满，如图5所示。当数组较大时，耗费时间则相应较长，对于多核环境，可以进行如下优化：如果将该函数移植到多核（4核）CPU上，则可以选择以4个不同的线程同时填充数组。各线程同步填充，为了防止并发性问题，此处需引入同步机制，如：明确有可能相互冲突的线程，令不相冲突的线程同步运行，并根据时序顺序依次运行相互冲突的进程，从而避免问题的发生。
QNX内核的软处理器亲和性，进一步优化了性能。其原理即当线程在某CPU上运行后，内核尽量让该线程在同一CPU上运行，当线程需和另外的线程进行通讯时，内核也会尽量让另外的线程在同一CPU上运行，其主要目的是尽量避免线程移植，因为移植时会浪费缓存的资源。这也就是QNX开发工具基于BMP模式的线程绑定功能。
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