多內核設計的三種設計模式概述

使用多處理器內核要求軟、硬件團隊之間進行更多的系統級設計合作。基于這種理念，下面是對采用當前開發工具和硬件直接實現多內核系統的三個簡單模型的概述。這些多內核設計模式不是一個為了嚴格定義一個系統的剛性模型，而是針對思考和探討關于系統實現宏偉藍圖的初始點，以及規定了一套通用術語以便軟、硬件團隊都能設計出一個多內核系統結構。

三種設計模式

1． 平面模式

第一種模式是平面模式(Planar Pattern)，這個名稱源于劃分一個通信系統的處理任務的“控制平面”和“數據平面”。它是一個廣泛的和不同類型的多內核設計實例，這種多內核設計統稱為非對稱多處理技術(簡稱“AMP”或“ASMP”)。

如果采用平面模式，系統需要劃分成具有顯著不同處理要求的多個自包含模塊。在其標準的通信和媒體處理形式中，該模式的優點是在一個專用的DSP或網絡處理器上運行需要進行大量數據處理的算法，同時在一個通用的CPU上保持其它系統軟件的正常運行。這種特殊性意味著平面模式系統通常在專門構件的硬件上實現。由于許多平面硬件設備僅有一個通用CPU內核，因此傳統的單內核工具、操作系統和設計方法都可用來設計和調試系統的通用部分。

2． 片上柵格模式

片上柵格(Grid-on-Chip，或簡稱“柵格”)模式是平面模式的演繹，包含由許多完全獨立的和網絡互連的節點組成的任意多處理器系統。柵格是辦公計算機網絡的片上版本，它是共享相鄰物理鏈路但彼此獨立的許多網絡處理節點。一些文獻將該類型系統稱之為分布式多處理系統，且仍將其歸類到AMP/ASMP系統總類別當中。

使用柵格模式的關鍵要求是首先要分割系統，然后找到一個合適的節點間通信系統。(盡管更高級的柵格系統能夠在運行期間對其自身進行重新配置，但柵格模式系統的設計者需要認真思考系統功能到處理節點的分配問題。)除分割之外，柵格系統具有三種設計模式中最少的高級設計約束。一旦系統被分割，每個獨立節點的設計與實現就會如同一個獨立系統一樣進行。柵格系統可在專用硬件上實現，但另一個普遍的選擇是通過采用SMP硬件以及將共享的存儲空間劃分成針對每個內核的片段來建立柵格節點。

柵格模式系統與其它設計相比具有幾個突出的優點。首先，它們可以很容易與過去的軟件整合在一起，過去的系統甚至可以在柵格范圍內它們自己的節點上繼續完整地運行。此外，柵格系統在判決能力(determinism)和調試能力方面具有明顯的優勢。柵格模式系統設計的松散聯結意味著在資源競爭方面不會有多少意外情況，由于熟悉的單內核調試方法可以用于每個孤立的系統節點，所以調試相對簡單。柵格模式系統的分割特性使其更為強大，但這也是其缺陷的根源所在，因為分割使得它難于再分配資源，這將導致柵格系統在適應將來的和不可預期的要求方面缺乏靈活性。

圖1：針對圖像處理的平面模式。

圖2：柵格模式系統。

3． SMP模式