摘 要：随着多核处理器芯片在嵌入式应用领域越来越受到关注，提高应用程序开发产能同时获得并行性能收益是多核大众化并行计算研究的核心目标。本文着重综述了嵌入式应用领域面临的三个关键问题。 首先，对当前的高性能嵌入式计算与超级计算做了比较，并对嵌入式应用领域做了分类总结。其次，对当前的适用于嵌入式的片上多核处理器架构做了研究。最后，综述了多核并行编程的方式的研究现状并总结了嵌入式多核并行未来的研究问题。
关键词：多核处理器，高性能嵌入式，并行计算，嵌入式多核
中图分类号：TP311.5 文献标识号：A 文章编号： 2095-2163（2013）03-
Research on High-performance Embedded Computing
WANG Qing1， JI Zhenzhou1， ZHU Suxia2
（1 School of Computer Science and Technology， Harbin Institute of Technology；2 School of Software， Harbin Institute of Technology， Harbin， 150001， China）
Abstract： While more and more attention are paid to the multi-core processor chips in the field of embedded applications， to improve application development productivity and get parallel performance gains of multicore are becoming the goal of parallel computing. This article focuses on the three key issues facing the field of embedded applications. First of all， the paper compares the current high-performance embedded computing and supercomputing and classified the field of embedded applications， second， studies the current architecture of the embedded multi-core processor technology. Finally， the paper proposes the overview of multi-core parallel programming way and summarizes the research questions in the future embedded multicore parallel.
Keywords： Multicore； High-performance Embedded Computing； Parallel Computing； Embedded Multicore
0 引言
在数字信息技术和网络通讯技术高速发展的后PC（Post-PC）时代，嵌入式系统已经遍及科学研究、工程设计、军事技术、各类产业和商业文化艺术以及人们的日常生活的方方面面。随着国内外各种嵌入式产品的进一步开发和推广，嵌入式系统与人们的生活越发紧密地结合。现今市场上的手机、PDA、MP3播放器等大众消费电子类产品均属嵌入式系统。嵌入式系统还涉及众多应用领域，如电信网络控制、路由器、交换机、网关、工业医疗控制、监控设备等。嵌入式系统销售数额每年可达数十亿美元，其市场份额在过去的几十年中正在不断地增加。
通常，嵌入式系统可定义为：以应用为中心、以计算机技术为基础、软/硬件可裁剪、普适于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗具有严格要求的一类专用计算机系统[1]。
传统上嵌入式系统设计是以低功耗为首要目标，但是随着计算密集型的嵌入式应用的不断扩宽，最近嵌入式系统已经转向高性能嵌入式计算（High-performance embedded computing，HPEC）[2]。面对日益复杂的嵌入式应用，片上多核处理器（CMP）可以作为高性能嵌入式计算的一个有效解决办法。CMP采用多个性能适中的处理核心提高能量效率，使用高的数据级并行或者线程级并行提高整个处理器的性能。在高性能嵌入式计算中通过增加处理器的内核数来抵消为降低功耗而牺牲时钟频率带来的性能影响[3]。多处理器片上系统（Multi-processor Systems-on-Chip，MPSoC）凭借其高性能、强大的并行处理能力和多选择、灵活的系统可配置性逐渐成为高性能嵌入式计算的另一个有效解决办法。尽管CMPs和MPSoCs都能应用到嵌入式平台上，但是MPSoCs又不同于CMPs，MPSoCs可以针对特殊嵌入式应用的需要提供一个自定义可配置架构（包括特殊指令集），比如实时性、可靠性等。在嵌入式领域，充分利用CMPs和MPSoCs带来的高性能和低功耗技术可以满足不同应用需求。
1 高性能嵌入式计算分类
1.1 高性能嵌入式计算
近年来，高性能计算的研究主要集中于超级计算机（supercomputers） [4-7]，但是在对功耗要求同等重要的高性能嵌入式计算领域的研究却相对较少[8]。嵌入式高性能计算领域的功耗和性能问题也同样存在于超级计算机中，因为最先进的超级计算机也是利用了片上多处理器，比如Jaguar超级计算机就是由224 162个AMD Opteron 6核片上处理器组成的[9]。但在应用方面，超级计算机与高性能嵌入式计算的区别主要表现在三方面：