双核 ARMv7 处理器中的并行处理

Question

我正在使用包含双核 ARM A9 处理器并运行 Linux 的 Zedboard。该板与外部 I/O 设备通信。

我有两个用 C 语言编写的函数，必须并行运行。

一个函数调用 while 循环并连续将数据转储到外部设备，并将处理后的数据接收回内存指针。

另一个函数从指针位置读取数据，创建副本并进行计算密集型处理（如 FFT、信号对齐等，速度较慢）。

外部设备需要每秒 1500 万个样本的数据。如果只运行第一个函数，则能够实现这一要求，且占用一个 ARM 核心的约 70%。当同时运行这两个函数时，两个 ARM 核心都达到极限，发现无法以所需的样本速度向外部设备提供数据。

是否有一种方法可以将这两个函数限制在独立的核心中（第二个函数速度较慢无所谓，但第一个函数的性能不能受到影响），并仍然能够在它们之间共享数据？

我尝试使用 OpenMP，但无法实现所需的性能。我阅读了关于 SCHED_SETAFFINITY 的资料，但在理解其实现方面遇到了问题。

我已经尽可能地使用 NEON 构造/库和 ARM 处理器的自动向量化功能对每个函数进行了优化。

- Sushant S Samuel

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你可能是受到内存或缓存的限制。在fft线程中插入一些无操作指令。 - rustyx

你是否尝试过调整线程的优先级，以确定哪些函数应该运行？ - DawidPi

FFT的大小和输入/输出类型是什么？你确定你正在使用最好的算法和库吗？你在做SDR吗？无论如何，我在网上看到了很多糟糕的NEON实现，它们根本无法使用。 - Jake 'Alquimista' LEE

是的，我正在进行SDR实现的工作。我使用2048的FFT大小。由于我的输入和输出类型具有复杂性质，因此我使用两个float32数组来存储输入和输出，这些数组在传输和接收之前被强制转换为int16以进行ADC / DAC。我正在使用Project Ne10库进行信号处理实现。 - Sushant S Samuel

Answer 1

您可以使用以下命令将每个单独的线程设置到不同的核心上：

 int sched_setaffinity(pid_t pid,size_t cpusetsize,cpu_set_t *mask);

从手册中得知： 一个进程的CPU亲和力掩码决定了它可以运行的CPU集合。在多处理器系统上，设置CPU亲和力掩码可以用于获得性能优势。例如，通过将一个CPU专用于一个特定的进程（即将该进程的亲和力掩码设置为指定单个CPU，并将所有其他进程的亲和力掩码设置为排除该CPU），可以确保该进程的最大执行速度。将进程限制为在单个CPU上运行还可以避免在进程停止在一个CPU上执行，然后重新开始在不同CPU上执行时造成的缓存失效所带来的性能成本。

但是，如果您的代码在输入和输出线程之间具有硬数据关系，则多线程可能比单核使用更慢！这与内存/缓存尤其是在arm的所有核/内存/缓存和外部总线系统之间几乎没有关系。您应该调整优先级、亲和力和可能的其他参数。

顺便说一句：1 GHZ Arm上的Linux并行FFT I/O达到每秒15百万个样本。哇！热门的东西;)

- Klaus

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好的，先生。我会尝试设置线程优先级，并向您汇报结果。 - Sushant S Samuel

我猜他正在处理SDR（软件定义无线电），鉴于数据大小和要求。每秒15M个样本并不多。 - Jake 'Alquimista' LEE

是的，先生，15.36MSps是我必须要达到的最基本要求，我最终需要将其提高到61.44MSps，但问题在于Zedboard中Arm处理器的处理能力。 - Sushant S Samuel

先生，即使将函数限制在它们各自独立的核心中，我仍然无法达到性能，可能是因为600MHz双Arm A9处理器。但是，我现在已经更改了系统，并使用另一个处理器来共享高计算任务，通过以太网连接。 - Sushant S Samuel