多核處理器為嵌入式系統(tǒng)帶來了顯著的性能和功耗優(yōu)勢，但它們也增加了傳統(tǒng)遷移工作負載的多處理復雜性。盡管如此，開發(fā)團隊可以通過遵循一些簡單的技術(shù)來成功管理向多核的過渡。

移植到便攜式標準

通常，遷移到多核不僅僅涉及遷移到新處理器。在許多情況下，開發(fā)人員必須首先將舊代碼移植到新的編程語言、編譯器或操作系統(tǒng)。 強烈建議使用 POSIX 等開放標準，因為它支持許多通用和實時操作系統(tǒng)。這樣做將有助于確保應用程序的大部分內(nèi)容（包括其與操作系統(tǒng)的接口）是可移植的。同樣重要的是，POSIX標準在多處理系統(tǒng)中有著悠久的歷史，而多核處理器只是多處理片上系統(tǒng)（SoC）。

分而治之

支持對稱多處理 （SMP） 的操作系統(tǒng)是同構(gòu)多核處理器的最佳選擇。SMP 將分配 CPU 資源的復雜細節(jié)留給操作系統(tǒng)，而不是應用程序。從應用程序的角度來看，與操作系統(tǒng)的接口保持不變，無論內(nèi)核數(shù)量如何，從 1 到 N。因此，隨著更多內(nèi)核的添加，應用程序可以輕松擴展。

在 SMP 模式下運行的多核系統(tǒng)提供了真正的并行性，但一些傳統(tǒng)應用程序從未設計為并行執(zhí)行。通常，大部分代碼不使用線程，這將允許應用程序的不同部分并行運行，或者僅使用線程來隔離阻塞系統(tǒng)調(diào)用，例如文件或網(wǎng)絡 I/O。

另一個典型的陷阱發(fā)生在代碼使用優(yōu)先級方案來控制對共享內(nèi)存的訪問時。例如，在單處理器嵌入式系統(tǒng)中，軟件開發(fā)人員通常可以假設高優(yōu)先級線程和低優(yōu)先級線程不會同時訪問內(nèi)存，因為高優(yōu)先級線程將始終搶占低優(yōu)先級線程。因此，許多程序無法使用互斥鎖（互斥鎖）來正確同步對內(nèi)存的訪問。但是，在 SMP 多核系統(tǒng)中，這兩個線程可以并行運行，因此會同時訪問內(nèi)存，從而產(chǎn)生不可預測的結(jié)果。由于同步錯誤，可能存在其他隱蔽問題，這些錯誤在單處理器系統(tǒng)上完美運行，但僅在多處理器執(zhí)行中出現(xiàn)。

為了解決這樣的問題，開發(fā)人員可以分而治之：將問題代碼隔離在多核芯片的單個內(nèi)核上，直到代碼可以修復。為此，開發(fā)人員可以使用綁定多處理 （BMP），這是 SMP 的擴展，允許選定的進程僅在指定的內(nèi)核或 CPU 上運行。實際上，BMP 為遺留代碼提供了一個單核、非并行執(zhí)行環(huán)境，同時允許其他代碼利用 SMP 的完全并行性。開發(fā)團隊在修改舊代碼以在其新的并行環(huán)境中正常運行后，可以隨后刪除 CPU 綁定。

利用這些工具

開發(fā)團隊還必須使用正確的工具。特別是，他們需要可視化工具來幫助他們查明并行環(huán)境中代碼行為異常的區(qū)域。大多數(shù)情況下，這項工作涉及檢測和糾正前面提到的同步錯誤。

一旦應用程序正常運行，它仍然可能無法利用多核芯片的所有 CPU 容量。可視化工具在這方面也可以提供幫助，它允許開發(fā)人員減少對共享資源（熱點）的爭用，消除過多的線程遷移或內(nèi)核之間的通信，并找到并行化代碼的機會。隨著多核平臺內(nèi)核數(shù)量的增加，可視化工具將是成功利用多核提供的性能優(yōu)勢的關(guān)鍵。

為了提供這樣的分析，多核可視化工具必須超越傳統(tǒng)調(diào)試工具的范圍。例如，它們必須在線程從一個內(nèi)核遷移到另一個內(nèi)核時跟蹤線程，并診斷在內(nèi)核之間流動的消息。他們還必須靈活控制記錄哪些事件以及何時記錄，以便開發(fā)人員可以專注于關(guān)注的領(lǐng)域。

進行過渡

“多核”不需要是一個壞詞，也不需要為傳統(tǒng)遷移添加另一個障礙。采用POSIX等可移植編程標準，使用專為多核平臺設計的操作系統(tǒng)，隔離遺留代碼以在單個內(nèi)核上運行，以及使用可視化工具，所有這些都使過渡變得不那么令人生畏。

審核編輯：郭婷