面向高性能嵌入式系统的软件并行化和数据分布优化

高性能嵌入式系统正在迅速地往多核化并行体系结构发展，而软件并行化的发展始终滞后，并行硬件资源的作用无法得到充分发挥。这是我们面临的第一大挑战。本项目的第一个目标是研究高效的代码优化技术，实现软件的高度并行化。我们面临的第二大挑战是如何克服内存瓶颈的问题。内存访问和处理器之间的速度差异在多核体系结构下显得更为严重。纯硬件或者纯软件的方法都无法完全解决这个难题。本项目将考虑多种多核体系结构，研究数据在多个或多级内存上的优化分布，从而使数据访问的时间和能耗最小化。这是本项目的第二个研究目标。嵌入式系统的特性是可以针对应用的特征和性能要求调整软硬件的配置。所以本项目将以前面两项研究为基础，研究如何在巨大的设计空间上快速找到最佳软硬件配置的方法。本项目的特色及创新性在于：1）与实际应用相结合的基础研究；2）在各种不同的体系结构下研究最优解的算法及其复杂度分析；3）对软件并行度和数据分布的综合研究。

增加系统硬件资源的并行度是目前提高系统运行性能的主要手段。我们的研究表明要想充分利用并行化的硬件资源，软件优化是迫切需要解决的关键问题。本项目以研究提高软件并行度的优化技术、以及研究多核、异质性内存结构上的数据分布和调度优化为核心，展示了软件优化对于充分利用并行体系结构资源的重要作用，揭示了软硬件并行化、数据分布之间的关系，针对高性能嵌入式系统提出了多项高效的优化技术。项目研究重要成果包括：提出了考虑通信代价的多核异构系统中树形任务结构的最优资源分配动态规划算法；提出了多核多种类型下片上存储数据分布的多项式时间最优算法；提出了多核多种类型内存结构下具有概率保证的最优数据分配算法；提出了多核多端口片上存储结构下的调度和数据分布的综合优化策略；在具有非易失性内存的片上多核结构下的循环体调度优化算法等。所有成果在仿真测试平台上进行了大量的测试及验证。项目执行期间发表在国际学术期刊及国际学术会议发表SCI或EI索引学术论文23篇，包括国际期刊论文16篇，国际学术会议论文7篇，SCI索引论文15篇，EI索引论文8篇，其中在IEEE Transactions（包括TPDS, TS, TCAD, TVLSI等）顶级国际学术期刊发表学术论文6篇，在嵌入式领域重要国际学术期刊ACM Transactions on Embedded Computing Systems发表论文1篇。获得IEEE国际学术会议FCST 2012最佳论文奖1项。申请技术发明专利2项。作为组织者举办IEEE国际学术会议RTCSA 2014年会。高质量地完成了项目的各项研究任务。