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面向分组密码处理的可重构分簇式架构模型及其任务映射技术研究(3)


 2.2 基于任务就绪列表的基本映射策略 
  基于任务就绪列表的无死锁基本映射策略根据输入的密码处理任务Gf和RCCPA的结构模型,在满足约束条件的前提下,通过建立任务就绪列表避免死锁,输出为能够处理一个分组的基本配置序列.主要分为以下步骤: 
  Step1 建立未分配任务集合、已分配任务集合,初始情况下未分配任务集合Gn=Gf,已分配任务集合Gp=. 
  Step2 根据未分配任务集合Gn和已分配任务集合Gp,生成就绪任务列表Gr,其过程是对Gn中的每个节点v,考查该节点的所有前驱节点prev(v)是否已经被分配到相应的模块,即判断prev(v)是否属于Gp,如果所有的前驱节点属于Gp,则该节点为就绪节点.就绪列表建立算法如下描述. 
  输入:未分配任务集合Gn和已分配任务集合Gp 
  输出:就绪任务节点集合Gr 
  Gr=;初始化就绪节点集合为空集 
  For each node v∈Gndo;遍历未分配任务集合Gn中的所有节点 
  sign←0; //初始化标记 
  For each node u∈prev(v) do; 
  If uGp; //尚未分配节点 
  sign←1;//标记为非就绪节点 
  Break; 
  Endif 
  Endfor 
  If sign=0then //v为就绪节点 
  Gr=Gr∪v; //将v加入到节点就绪集合中 
  Endif 
  endforStep3 根据就绪任务集合Gr,RCCPA的资源约束情况,确定第i次(第1次执行此步骤时i=1)任务分配生成的配置序列2i-1,2i.为就绪集合中的任务分配单元时,需要按照一定的规则进行.本文设置的分配规则为:1)尽量将存在通信关系的任务分配到相同的处理簇中;2)任务分配按照优先分配处理簇1, 然后分配处理簇2,3,4中单元的顺序进行.为硬件任务分配资源时,尽量满足规则1),在不能满足规则1)的情况下按照规则2)进行分配.分配算法的伪码描述如下. 
  输入:就绪任务集合Gr,RCCPA的资源约束Rtotal[y][x],MRtotal,未分配任务集合Gn和已分配任务集合Gp 
  输出:配置序列2i-1,2i,更新后的未分配任务集合Gn和已分配任务集合Gp 
  2i-1=,2i=;初始化配置序列为空集 
  n=card(Gr);提取就绪列表中的任务个数 
  For j=0, j++, j  v∈Grdo; 
  (sign,2i-1,2i)←map(v,2i-1,2i); 
  //根据分配原则、资源约束,2i-1,2i的资源使用情况为任务v分配资源,生成新的配置序列.若v分配成功,则置sign=0,更新2i-1,2i,否则sign=1,2i-1,2i序列不变. 
  If sign=0 then 
  {Gr,Gn,Gp}←updata{v,Gr,Gn,Gp}; 
  //分配成功,更新各任务集合 
  Else Gr=Gr-v;分配失败,更新就绪任务集合 
  Endif 
  Endfor 
  Step4 判断未分配任务集合是否为空集.若Gn≠表示尚有任务未分配,则返回Step2继续执行.若Gn=则表明任务分配完毕,将Step3生成的配置序列={1,2,…,s}依次输出,即为生成的初始配置上下文序列. 
  基本映射策略采用建立任务就绪列表的方式进行任务分配,保证了每次分配的任务均是就绪节点,杜绝了任务分配时死锁的出现.按照约定的分配原则进行任务分配,保证了每次循环至少可以完成一个任务节点的分配,并保证了不会出现资源冲突,经多次循环后可以完成所有任务的分配. 
  设输入任务图的节点数目和边数分别为|V|和|E|,对于基本映射策略的主循环,每次搜索就绪任务列表,至少可以分配一个子任务,因此最坏情况下只需要搜索|V|次就绪列表就可以完成任务分配.对于每次循环都需要计算一次就绪任务列表,建立就绪列表需要搜索任务中的所有节点和每个节点的所有前驱,因此复杂度为O(|V|+|E|).另外,每次循环都需要搜索就绪列表,其时间复杂度为|L|,其中|L|为就绪列表中包含的任务个数,|L|≤|V|.因此基本映射策略的时间复杂度上界为(|V|)(|V|+|E|+|V|),即基本策略的复杂度为O(|V|2+|V||E|). 
  2.3 基于并行优化的映射策略 
  RCCPA基本架构提供了4个32 bit的处理簇,通过基本映射策略进行任务分配时,会出现4个处理簇没有完全占用的情况;为开发分组密码组内的并行性,充分利用各处理簇硬件资源,在基本映射策略的基础上,提出了基于并行优化的映射策略.该策略是为了利用基本配置策略没有占用的处理簇资源,因此并行优化映射序列时,不需要考虑系统的资源约束和存储约束.并行优化策略描述如下. 
  Step1 搜索初始配置序列={1,2,…,s}中占用的功能单元所对应的处理簇的最大编号max,max即为初始配置序列共占用的处理簇个数,其伪码描述如下: 
  max =1; //初始化最大编号 
  for each i∈ do //遍历所有的配置序列 
  for each ri[y][x]∈i do 
  if y  Break; 
  else max =y; //更新max 
  endif 
  endfor 
  RCBCP是一款采用VLIW结构具有4路并行的可重构分簇式密码处理器,Crypto-nite为两路并行的64 bit位宽RISC结构,RCPA是基于阵列结构的可重构密码处理架构.通过对多种分组密码算法的适配,从表2的对比结果可以得出,RCCPA结构可以灵活适配分组密码算法,并且对不同设计结构、不同处理位宽、不同操作位宽的分组密码算法均有较高的处理性能,与其他专用可重构密码处理结构相比处理性能提高了1.3~5.8倍.


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