基于嵌入式多核系统的H264编器实现.pdf

独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝姿态堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意学位论文作者签名：稳舌趁签字日期：2 年6 月2 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解盘至三盘堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅本人授权尘婆盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文 保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：练考导臌：翻碍鸹签字日期：2 0 1 0 年6 月2 日签字日期：2 0 1 0 年6 月2 日1 1致谢过去三年的研究生生活中，我学会了很多，成熟了很多，在这个过程中得到了许多老师、同学的指导和帮助，得到了许多朋友、亲人的鼓励和支持，在此向他们表示我由衷的感谢首先感谢我的导师刘鹏副教授刘老师给我提供了优越的学习和科研的环境，为我指明了科研和课题的方向，在我碰到困难时给予了悉心的指导和帮助，没有刘老师的谆谆教诲和严格要求，我无法顺利完成我的课题和论文。

更重要的是刘老师严谨认真的治学态度使我更深刻地理解了校训“求是”的内涵，为我以后的工作和生活树立了榜样还要特别感谢姚庆栋教授姚老师年事已高，仍然时刻关注科研第一线，为我们把握研究方向，关心我们的学习和生活，特别是在身体不适的情况下仍不辞辛劳地为我批改论文，在此向您表达我深深的感谢另外，还要感谢史册老师和王维东老师，你们严谨的治学作风和求实的科研态度深深影响了我，使我受益匪浅感谢实验室已毕业或将毕业的各位同学，他们是：蔡卫光、顾雄理、夏冰洁、项纯昶、冯天天、江国范、海冰、李橙、姚懿鹏、陶文质、王星、刘扬帆、方磊等等，与你们的交流与讨论拓宽了我的知识面，让我的研究生生涯更加丰富多彩，祝你们都有一个美好的未来感谢我的室友艾鑫、卢超、张申，与你们一起渡过了非常美好的三年时光，是我一辈子的财富最后感谢我的父母，你们辛勤的劳动让我能安心于学校的学习和生活，你们的爱和支持是我克服困难的动力I I I徐志远2 0 1 0 年5 月于求是园浙江大学硕上学位论文摘要为了满足日益增长的运算能力需求，在单个芯片上集成多个处理器形成多核片上系统( M P S o C ：M u l t i P r o c e s s o r sS y s t e m —o n —C h i p ) 成为了嵌入式领域芯片的发展潮流。

基于多核片上系统的并行软件程序开发是一个难点，程序本身并行性的发掘和并行线程在多核片上系统执行时的调度、线程间同步及通信等都是并行软件开发面临的挑战并行软件开发人员必须非常熟悉目标原顺序程序和多核平台的底层资源结构才能开发出高效的多核并行程序本文研究视频编码程序基于嵌入式多核片上系统的并行化实现，提出一种针对数据流处理类型程序的任务性流水化并行方法该方法基于目标程序的粗颗粒度数据流图表示，通过对原程序的仿真得到数据流图中各节点所需运算量，分析数据流图中存在的各种数据依赖关系，结合目标多核平台的处理器数量，以系统资源利用率高和程序并行加速比大为准则寻找最优的并行任务划分及处理器映射方案；若通过当前的数据流图表示无法得到满意的划分方案，则对数据流图中的节点进行分裂或合并，重新分析新的数据流图中节点运算量和数据依赖关系，直至确定最终的并行划分方案；并行划分方案确定后，并行任务／线程按照一种改进的调度指示器接口标准进行封装，并静态地映射到相应处理器上，动态执行时由驻扎在各个处理器上的调度指示器实现任务的调度、同步及通信等操作本文以M P E G 4 和H ．2 6 4 编码器为例子，通过充分分析原程序中模块运算量比例和模块间数据依赖关系，针对异构M P S o C 的3 核及5 核平台设计任务性流水并行划分方案，并且配合改进的指示器实现了程序的多核并行执行。

实验结果显示多核并行执行时每个处理器的平均利用率能达到6 0 ％一7 0 ％，验证了本文提出的针对数据流处理类型程序的任务性流水化并行方法的有效性，该方法能充分发掘程序本身的并行性，且实现了对底层硬件结构的屏蔽，具有较好的可编程性和可移植性关键字：并行编程，嵌入式片上多核系统，粗颗粒度数据流图，视频编码I V浙江大学硕十学位论文A b s t r a c tW i t ht h ei n c r e a s i n gd e m a n d0 1 1c o m p u t i n gp o w e r , i ti sp o p u l a ri ne m b e d d e dc h i pf i e l dt oi n t e g r a t em u l t i p l ep r o c e s s o r si n t oas i n g l ec h i p ，w h i c hf o r m sM u l t i —P r o c e s s o r sS y s t e m ·o n - C h i p ( M P S o C ) ．I ti sd i f i c u l tt od e v e l o pp a r a l l e ls o f t w a r eb a s e do ne m b e d d e dM P S o C ，f o rt h e r ea r es e v e r a lc h a l l e n g e si n c l u d i n gh o wt oe x p l o r et h ep a r a l l e l i s mo fo r i g i n a lp r o g r a ma n dt oe n c u r et h es y n c h r o n i z a t i o na n dc o m m u n i c a t i o nb e t w e e np a r a l l e lt a s k s ／t h r e a d sw h i l es c h e d u l i n gt h e mo nt h ee m b e d d e dm u l t i - c o r es y s t e m ．T h i sp a p e rd o e sar e s e a r c ho np a r a l l e li m p l e m e n t a t i o no fv i d e oe n c o d i n gp r o g r a mi ne m b e d d e dm u l t i —c o r es y s t e m ，a n dp r o p o s e sap i p e l i n e dt a s kp a r a l l e lm e t h o df o rt h o s ed a t as t r e a mp r o c e s s i n gp r o g r a m ．T l l i sm e t h o du s e sc o a r s eg r a i nd a t af l o wg r a p ht od e n o t et h ep r o c e s so fo r i g i n a lp r o g r a m ，a n ds e a r c hf o rae f f i c i e n tp a r t i t i o ns t r a t e g yb a s e do nt h es i m u l a t i o no ft h ec o m p u t a t i o no fm o d u l eo no r i g i n a ld a t as t r e a ma n dt h ea n a l y s i so fd a t ad e p e n d e n c ea m o n gm o d u l e s ．I fw eC a l l ’tf i n do u tas a t i s f i e dp a r t i t i o ns t r a t e g yt h r o u g ht h ec u r r e n tc o a r s eg r a i nd a t af l o wg r a p h ，t h en o d e si nt h ed a t af l o wg r a p hs h o u l db es p l i t t e do rm e r g e du n t i las a t i s f i e dp a r t i t i o ns t r a t e g yi sm e t ．F u r t h e r ,p a r a l l e lt a s k ／t h r e a dC a nb es c h e d u l e da c c o r d i n gt oam o d i f i e dd i r e c t o ri n t e r f a c es t a n d a r d ．A f t e rp a r a l l e lt a s k ／t h r e a ds t a t i c a l l ym a p p e dt oc o r r e s p o n d i n gp r o c e s s o r s ，d i r e c t o r ss e t t l e di np r o c e s s o r sC a nb ee x e c u t e dd y n a m i c a l l yt oa c c o m p l i s ho p e r a t i o n ss u c ha st a s ks c h e d u l i n gs y n c h r o n i z i n g ，a n dc o m m u n i c a t i o n ．T 1 1 i sp a p e ra n a l y z e st h ec o m p u t a t i o nr a t i oo fm o d u l e sa n dd a t ad e p e n d e n c ya m o n gm o d u l e si nM P E G 4a n dH ．2 6 4c o d e xB a s e do nt h ea n a l y s i s ，w ed e v i s et a s kp a r a l l e lp a r t i t i o ns t r a t e g i e sf o rh e t e r o g e n e o u sM P S o Cp l a t f o r m sw i t h3p r o c e s s o r sa n d5p r o c e s s o r s ．C o o r d i n a t i n gw i mm o d i f i e dd i r e c t o r , w ec o m p l e m e n tt h ee x e c u t i o no fp r o g r a mo nm u l t i —p r o c e s s o r s ．T h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h ea v e r a g eu t i l i z a t i o no fp r o c e s s o r si nt h eM P S o CC a nb e6 0 ％- - 7 0 ％，w h i c ha s s e r t st h ee f f e c t i v e n e s so fm u l t i —p 。