Реалізація багатопоточності на архітектурі мультимедійних процесорів Nexperia

Abstract

Розглянуто структуру мультипроцесорних систем на архітектурі сучасних мультимедійних процесорів Nexperia з 32-розрядним обчислювальним ядром. Досліджено сфери застосування мультимедійних процесорів, як процесорів загального призначення та їх функції обробки даних. Мультимедійні процесори використовують або функціональні архітектури з обмеженою гнучкістю, але вищою швидкістю та ефективністю, або програмовані архітектури з підвищеною гнучкістю. Проаналізовано архітектуру одного з процесорів Nexperia – TriMedia ТМ-1300 та наведено схему його основних компонент, принцип роботи центрального арбітражу шини процесора та способи нарощення його швидкодії. Виявлено, що удосконалені процесори загального призначення забезпечують підтримку мультимедіа шляхом включення нових мультимедійних інструкцій і їх паралельного виконання за допомогою підходу співпроцесора SIMD. Вони забезпечують підтримку мультимедіа, включаючи мультимедіа інструкції в набір інструкцій. Замість виконання певних мультимедійних функцій (наприклад стиснення та 3D графіки), мультимедійні процесори на-дають спеціально створені інструкції для підтримки загальних операцій у обробці відео. Ці інструкції включають підтримку 8-бітних типів даних (пікселів), ефективну адресацію даних і інструкції вводу/виводу. У статті розглянуто можливості програмної реалізації розпаралелення роботи процесорів за допомогою технологій паралельної обробки, яка досягається способом поділу одного виконання завдання на декілька незалежних менших завдань. Запропоновано програмну реалізацію роботи статичним та анонімним методом. Наведені коди програм та результати їх тестування. Доведено, що розбиття різних частин завдання між кількома обчислювальними ресурсами СPU дає змогу скоротити час виконання програми та вдосконалюють потенційну обчислювальну потужність роботи комп’ютерної системи.

The structure of multiprocessor systems based on the architecture of modern Nexperia multimedia processors with a 32-bit computing core is considered. The fields of application of multimedia processors as general purpose processors and their data processing functions are studied. Multimedia processors use either functional architectures with limited flexibility but higher speed and efficiency, or programmable architectures with increased flexibility. The architecture of one of the Nexperia processors - TriMedia TM-1300 is analyzed and the diagram of its main components, the principle of operation of the central arbitration of the processor bus and methods of increasing its speed are given. Advanced general-purpose processors have been found to provide multimedia support by incorporating new multimedia instructions and executing them in parallel using a SIMD coprocessor approach. They provide multimedia support, including multimedia instructions in the instruction set. Instead of performing specific multimedia functions (such as compression and 3D graphics), multimedia processors provide purpose-built instructions to support general video processing operations. These instructions include support for 8-bit data types (pixels), efficient data addressing, and I/O instructions. The article examines the possibilities of software implementation of the parallelization of processors using parallel processing technologies, which is achieved by dividing one execution of a task into several independent smaller tasks. A software implementation of the work using a static and anonymous method is proposed. The program codes and the results of their testing are given. It has been proven that the division of different parts of the task between several computational resources of the CPU allows to reduce the execution time of the program and improves the potential computing power of the computer system.