Autor: Benedikt Nöthen

Die ständig steigenden Anforderungen von Mobilfunksystemen in Bezug auf Energieeffizienz, Datendurchsatz und Latenzzeiten sowie eine komplexere Signalverarbeitung erfordern zunehmend leistungsfähige Mehrprozessorsysteme. Dazu werden heute heterogene Mehrprozessorsysteme eingesetzt, die besonders für zeitkritische und rechenintensive Berechnungsaufgaben eigens zugeschnittene, programmierbare Prozessoren besitzen. Darüber hinaus ist in Verbindung mit intelligenten DMA-Controllern eine weitere Verbesserung des Datendurchsatzes und der Energie-Effizienz möglich. In dieser Arbeit wird ein Mehrprozessorsystem untersucht, das aus heterogenen Verarbeitungseinheiten und einem der Aufgabenverwaltung gewidmeten Prozessor (Task Scheduler) besteht. In den betrachteten Systemen bildet dieser Scheduler einen die Performance limitierenden Engpass. Aus diesem Grund werden in dieser Arbeit Konzepte zur Steigerung der Performance in heterogenen Mehrprozessorsystemen untersucht. Dabei werden Controller in die Verarbeitungseinheiten integriert, die eine lokale Taskverwaltung und Konfiguration der heterogenen Prozessoren ermöglichen und dadurch den zentralen Scheduler entlasten. Für die zukünftig notwendige Bereitstellung von Rechenkapazitäten für Funktionen des Cloud-Computings in Mobilfunk-Basisstationen - zum Beispiel für Datenbankanwendungen - werden zusätzliche Verfahren der Vorverarbeitung von Daten im Controller untersucht. Dafür werden beispielsweise Funktionen zur Selektion aus Listen, zur Datenmodifikation auf Bit-Ebene und zur Verteilung zwischen verschiedenen Verarbeitungseinheiten in einem intelligenten DMA-Controller integriert. Auf diese Weise wird die Verarbeitungseinheit von wiederkehrenden, einfachen Aufgaben entlastet und in der Folge die Performance des Gesamtsystems wesentlich gesteigert. Eine weitere Performancesteigerung kann durch Vorverarbeitung von dynamischen Datenstrukturen, zum Beispiel von verketteten Listen, die ebenfalls häufig in Datenbanksystemen zum Einsatz kommen, erreicht werden. In diesem Fall erfolgt eine beschleunigte Verarbeitung dieser Datenstrukturen direkt am Speicher mit dem intelligenten DMA-Controller. Darüber hinaus wird eine zusätzliche Erweiterung untersucht, um neben Datenflussanwendungen auch das häufig eingesetzte Client-Server-Modell auf heterogenen Mehrprozessorsystemen abzubilden. Auch hier wird eine verbesserte Performance des Mehrprozessorsystems nachgewiesen.