Методы и средства разработки параллельного программного обеспечения обработки изображений и сигналов

• Автор: Герценбергер, Константин Викторович
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 158 с. : 4 ил.

Оглавление
Введение
1. Обзор методов и средств распараллеливания обработки изображений и сигналов для многопроцессорных систем
1.1. Классификация функций обработки изображений и сигналов с точки ЗРЕНИЯ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ИСПОЛНЕНИЯ

1.1.1. Точечные операции

1.1.2. Локальные операции

1.1.3. Глобальные операции

1.2. Выбор парадигмы программирования в зависимости от типа

ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

1.3. Обзор традиционных методов распараллеливания обработки ИЗОБРАЖЕНИЙ И СИГНАЛОВ

1.3.1. Использование библиотек работы с потоками
1.3.2. Коммуникационные средства
1.3.3. Параллельные конструкции высокоуровневых языков
программирования
1.3.4. Параллельные языки программирования
1.3.5. Распараллеливающие компиляторы
1.4. Обзор существующих решений обработки данных, использующих ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ АЛГОРИТМИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ
1.5. Выводы
2. Разработка метода автоматизированного создания параллельного программного обеспечения для обработки изображений и сигналов
2.1. Формализация нового метода разработки
2.2. Проектирование аппаратной и программной части целевой
ПЛАТФОРМЫ
2.3. Разработка набора параллельных алгоритмических структур

2.4. Разработка моделей предсказания производительности
ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫХ ПЛАТФОРМ
2.4.1. Выбор характеристик для оценки параллельной обработки изображений и сигналов
2.4.2. Разработка аналитической модели исполнения параллельных алгоритмов для разных типов параллельных систем
2.4.3. Разработка имитационной модели исполнения параллельных алгоритмов для распределённых систем
2.5. Разработка, алгоритмов автоматизированного получения
ПАРАЛЛЕЛЬНОГО КОДА ФУНКЦИЙ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
2.6. Требования к системе планирования при обработке изображений и сигналов на параллельной архитектуре
2.7. Выводы
3. Реализация среды визуального программирования для разработки параллельного программного обеспечения
3.1. Реализация интерфейса системы, задание аппаратной и функциональной схемы
3.2. Реализация подсистемы моделирования параллельной обработки
ДАННЫХ НА ЗАДАННОЙ АППАРАТНОЙ ПЛАТФОРМЕ
3.3. Реализация подсистемы автоматизированной генерации
ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
3.4. РЕАЛИЗАЦИЯ ПОДСИСТЕМЫ ЗАПУСКА ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ И СИГНАЛОВ НА МНОГОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЕ
3.5. Преимущества и ограничения разработанной проблемно-ориентированной среды ВИЗУАЛЬНОГО программирования
3.6. Выводы
4. Использование нового метода и разработанной системы для параллельной обработки изображений и сигналов

4.1. Применение метода для верификации изображений печатных плат
на многоядерных процессорах
4.2. Распараллеливание функций библиотеки обработки изображений IPPLabMSCo
4.3. Использование нового метода для распараллеливания цифровых ФИЛЬТРОВ СИГНАЛОВ НА КЛАСТЕРНОЙ СИСТЕМЕ ДЛЯ ЗАО "ACT"
4.4. Выводы
Заключение
Литература
Приложения
Приложение 1. Акты о внедрении
Приложение 2. Графики зависимости ускорения от числа
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ АНАЛИТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
Приложение 3. Алгоритмы инкрементного распараллеливания при
ГЕНЕРАЦИИ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО КОДА ДЛЯ НАБОРА ПАС
Приложение 4. Грамматика ANTLR для разбора языка C++
Приложение 5. Сгенерированный параллельный исходный код функции FFT

генерирует исходный код, реализующий проектное решение с учётом введенных параметров. Сгенерированный код является синтаксически корректным, пользователю остаётся заполнить методы абстрактных классов, относящиеся к его задаче, — методы организации алгоритма выбранного решения заполняются автоматически [37].
Таким образом, для создания программы разработчику предлагается выбрать удовлетворяющий его задаче шаблон, задать его параметры, а затем дописать последовательный код, реализующий логику приложения. Система имеет трёхуровневую иерархическую структуру, призванную, работая на верхнем уровне, оградить пользователя от возможности написать некорректную параллельную программу, а, работая на нижнем уровне, довести программу до приемлемых показателей производительности [47] :
1. Уровень шаблонов, на котором программисту доступна библиотека шаблонов и их параметры. На этом уровне генерируется каркас приложения из классов, реализующих работу выбранных алгоритмических структур, и классов, использующихся для описания разработчиком логики приложения.
2. Промежуточный уровень предоставляет объектно-ориентированный язык программирования с конструкциями явного параллелизма. На этом уровне пользователь может менять сгенерированную структуру и программный код.
3. На уровне программного кода описание приложения с предыдущего уровня преобразуется в код на традиционном объектно-ориентированном языке.
Система CO2P2S поддерживает следующие параллельные проектные решения: сетка (mesh), волновой алгоритм (wave front), конвейер (pipeline), объединённая структура (composite).
3) Система PASM [71] (Parallel Architectural Skeleton Model, модель параллельных архитектурных блоков). Среда содержит библиотеку последовательных и параллельных шаблонов на языке C++ и MPI, а также собственный язык программирования — расширение C++. Программа создаётся на собственном языке, а