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面向JAVA加速系统的SPARC-RTEMS驱动技术的研究

作　者: 王永双
导　师: 季振洲
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: RTEMS 嵌入式系统 JAVA处理器 SPARC 异构多核
分类号: TP332
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

受物理极限和功耗散热等原因的限制，处理器工作频率的提升遇到了瓶颈。现在人们逐渐转向新的方式来进一步提高处理器的性能，比如在单个芯片上集成多个处理器核，于是同构和异构的多处理器系统越来越多地被设计出来。采用传统的解释执行的方式大大降低了JAVA程序的运行效率，对JVM的依赖又要求占用系统中大量的内存空间。这些原因都限制了JAVA程序在嵌入式系统中的性能提升，甚至阻碍了其广泛应用。JAVA处理器的出现有效地解决了这个问题。为使JAVA程序和其他程序都能在一个平台在高效地执行，基于SPARC架构的JAVA加速系统就在这种背景下产生了。它是一个异构多核体系的嵌入式系统，其内部包含了一个（或多个）SPARC通用核以及一个（或多个）JAVA处理器。基于RTOS进行嵌入式应用程序的开发，有助于代码的可重用性，可大大提高系统开发效率。同时，RTOS封装了复杂的嵌入式硬件信息，为开发人员提供了一个简单的程序开发接口。RTEMS是一个广为流行的实时嵌入式系统，具有内核精简、执行效率高、稳定性高等优良特性。它支持多种结构的处理器，尤其对异构多核系统也提供了相应的支持。基于RTEMS，整合现有的SPARC通用核及JAVA核的开发工具集，我们提出了一个面向JAVA加速系统的综合驱动方案。采用本方案，可方便有效地进行面向JAVA加速系统的程序开发。本文介绍了RTEMS的体系结构及其多任务管理机制，深入研究了RTEMS对异构多核系统的支持机制及其多处理器通信接口的设计。在分别对SPARC通用核和JAVA核程序开发模式深入研究的基础上，整合现有的工具集，提出了基于RTEMS实时嵌入式系统的面向JAVA加速系统的整体驱动方案设计。随后，本文简单介绍了Xilinx FPGA仿真实现技术，并借助该技术搭建了JAVA加速系统的目标测试平台，分别对SPARC通用核开发方案和JAVA核开发方案进行了可用性和可扩展性的测试。最后，本文基于现有测试平台对JAVA加速系统的SPARC通用核进行了Dhrystone性能基准测试，证明了本系统的设计满足了课题初定的性能需求指标。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-17
  1.1 课题来源及研究的目的与意义  8-11
    1.1.1 课题来源  8
    1.1.2 课题研究的目的与意义  8-11
  1.2 国内外研究现状  11-15
    1.2.1 基于 SPARC 架构的 LEON3 处理器  11-13
    1.2.2 JAVA 程序加速技术  13-14
    1.2.3 支持异构多核的嵌入式操作系统  14-15
  1.3 论文的主要内容  15-17
第2章 RTEMS 系统异构多核接口设计  17-35
  2.1 RTEMS 嵌入式操作系统  17-21
    2.1.1 实时嵌入式系统  17-18
    2.1.2 RTEMS 嵌入式操作系统  18-19
    2.1.3 RTEMS 系统体系结构  19-21
  2.2 RTEMS 多任务管理与调度  21-27
    2.2.1 RTEMS 多任务管理  21-24
    2.2.2 RTEMS 任务调度  24-25
    2.2.3 任务间的通信与同步  25-27
  2.3 RTEMS 支持异构多核系统的设计  27-30
    2.3.1 RTEMS 多核系统管理基础设计  27-29
    2.3.2 RTEMS 异构多核管理的设计  29-30
  2.4 RTEMS 异构多核通信接口设计  30-34
    2.4.1 RTEMS 异构多核通信接口设计  30-31
    2.4.2 MPCI 初始化  31-32
    2.4.3 MPCI 获取/释放缓冲区  32-33
    2.4.4 MPCI 发送/接收数据包  33-34
  2.5 本章小结  34-35
第3章 JAVA 加速系统 RTEMS 驱动方案设计  35-52
  3.1 基于 SPARC 架构的 JAVA 加速系统  35-41
    3.1.1 JAVA 加速系统硬件结构设计  35-38
    3.1.2 基于 RTEMS 的系统层次方案设计  38-41
  3.2 面向 SPARC 通用核的 RTEMS 开发方案设计  41-48
    3.2.1 RTEMS 开发基础  41-43
    3.2.2 RTEMS 开发工具链  43-45
    3.2.3 面向 SPARC 架构的 RTEMS 内核编译  45-46
    3.2.4 面向 SPARC 通用核的程序开发流程  46-48
  3.3 面向 JAVA 核的程序开发方案设计  48-51
    3.3.1 JOP 开发工具链  48-49
    3.3.2 面向 JAVA 核的程序开发流程  49-51
  3.4 本章小结  51-52
第4章系统仿真实现与实验  52-62
  4.1 基于 Xilinx 技术的系统仿真实现  52-54
  4.2 SPARC-RTEMS 开发方案配置与测试  54-58
    4.2.1 GRTools 与 GRMON 调试监视器  54-55
    4.2.2 基于 GRMON 的 RTEMS 程序测试  55-58
  4.3 JOP 多核方案的配置与测试  58-59
  4.4 Dhrystone 性能基准测试与分析  59-61
    4.4.1 Dhrystone 性能基准测试  59-60
    4.4.2 Dhrystone 基准测试结果分析  60-61
  4.5 本章小结  61-62
结论  62-63
参考文献  63-69
攻读学位期间发表的学术论文  69-71
致谢  71

面向JAVA加速系统的SPARC-RTEMS驱动技术的研究

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