【摘要】：由于半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展使芯片上集成的處理器核數(shù)不斷增加,傳統(tǒng)總線或者是點對點的通信結(jié)構(gòu)漸漸出現(xiàn)帶寬,功耗,延遲和可擴展性等方面的不足以及全局時鐘難以同步,地址空間有限,無法支持多核并行通信等問題。為了解決這些問題,需要一種新的多核處理器之間通信的方法。片上網(wǎng)絡(luò)(NOC)就應(yīng)運而生,它是片上系統(tǒng)的一種新的通信方法,它的核心思想是將計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用在芯片設(shè)計中來,從而解決多核處理器系統(tǒng)間的互連通信問題。由于片上多核技術(shù)在并行編程的需求,就不得不考慮片上網(wǎng)絡(luò)cache一致性問題。本文以片上網(wǎng)絡(luò)cache一致性協(xié)議為目標,對片上網(wǎng)絡(luò)一致性關(guān)鍵問題進行了詳細的分析和深入的研究。本文首先分析了片上網(wǎng)絡(luò)多核通信的優(yōu)勢,進而對片上網(wǎng)絡(luò)多核Cache一致性問題進行分析研究,介紹了片上網(wǎng)絡(luò)多核Cache一致性的相關(guān)知識。認真研究了片上網(wǎng)絡(luò)的整體架構(gòu)、拓撲結(jié)構(gòu)、流控制機制、路由結(jié)構(gòu)以及路由算法,還有cache的替換算法、cache的寫策略、監(jiān)聽協(xié)議、目錄協(xié)議以及片上網(wǎng)絡(luò)cache一致性的特點。基于MESI協(xié)議和目錄協(xié)議,提出一種新的片上網(wǎng)絡(luò)cache一致性協(xié)議。共享存儲器中每個數(shù)據(jù)塊有一個目錄,記錄數(shù)據(jù)塊在各核中的副本存在情況以及狀態(tài)(M、E、S或者I)。各處理器核中都有一個高速緩存控制器,用來記錄cache的狀態(tài)(有效或者無效),以及對緩存的讀寫進行處理。重點討論NOC cache一致性通信問題,提出一種廣播路由機制,實現(xiàn)主節(jié)點廣播cache無效數(shù)據(jù)包到目的節(jié)點；以及為了解決多核競爭共享主存引起的cache不一致問題,采使用的寫優(yōu)先仲裁路由機制,從而降低延遲,確保Cache數(shù)據(jù)的一致性。詳細說明了片上網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)據(jù)包格式,IP和NOC路由之間網(wǎng)絡(luò)接口的設(shè)計以及路由的整體結(jié)構(gòu)。在軟件平臺,結(jié)合經(jīng)典的虛擬通道路由機制以及本文提出的片上網(wǎng)絡(luò)cache一致性協(xié)議,構(gòu)建IP、NI和路由的通信架構(gòu)。采用Verilog HDL語言編寫代碼實現(xiàn)NOC架構(gòu)和cache以及共享主存RAM。使用modelsim10.1d進行仿真驗證測試,最終實現(xiàn)本文提出的基于NOC的多核cache一致性協(xié)議,并且對其性能進行實驗對比。
文內(nèi)圖片：
圖片說明：圖４－１邋ＭＥＳＩ協(xié)議逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋４－１邋ＭＥＳＩ邋Ｐｒｏｔｏｃｏｌ逡逑
文內(nèi)圖片：
圖片說明： 圖４－４路由路徑逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋４－４邋Ｒｏｕｔｉｎｇ邋Ｐａｔｈ逡逑這種帶有廣播機制的路由策略，相對于點對點的多包發(fā)送而言，可以降低ＲＡＭ發(fā)逡逑送無效信號的延時，確保各核Ｃａｃｈｅ的一致性。逡逑４．１．２主存路由仲裁逡逑當(dāng)同時有兩個或者兩個以上的ＩＰ核請求對處理器進行讀寫操作時，會產(chǎn)生主存的逡逑競爭問題，以及能否讀到正確數(shù)據(jù)的問題。因為如果兩個ＩＰ對主存的同一地址數(shù)據(jù)塊逡逑—個要求讀一個要求寫，那么如果先進行了讀操作，，后進行寫操作，則其中一個ＩＰ核逡逑讀到的數(shù)據(jù)就是過時的。所以，要對不同的請求進行優(yōu)先級仲裁。逡逑數(shù)據(jù)包中有一位標志位ＲＡＭ—ＷＲ一ｒｅｑ，這個位也是為ＩＰ與共享存儲器之間通信設(shè)逡逑置的。如果這個位被設(shè)置，那么數(shù)據(jù)包包含的數(shù)據(jù)必須被寫到共享ＲＡＭ中。逡逑
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP332

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 王崢;顧華璽;楊燁;樂天助;;片上網(wǎng)絡(luò)交換機制的研究[J];中國集成電路;2007年12期

2 潘國騰;竇強;謝倫國;;基于目錄的Cache一致性協(xié)議的可擴展性研究[J];計算機工程與科學(xué);2008年06期

3 黃安文;張民選;;多核處理器Cache一致性協(xié)議關(guān)鍵技術(shù)研究[J];計算機工程與科學(xué);2009年S1期

4 張瀛,黃巍,馬群生,李三立;MP860層次式并行超級計算機的設(shè)計和實現(xiàn)[J];計算機學(xué)報;1998年S1期

5 高明倫;杜高明;;NoC:下一代集成電路主流設(shè)計技術(shù)[J];微電子學(xué);2006年04期

6 謝佩博;顧華璽;賈林;;片上網(wǎng)絡(luò)路由算法的研究[J];計算機工程與設(shè)計;2009年13期

7 張旺;汪金輝;侯立剛;吳武臣;;基于FPGA的片上網(wǎng)絡(luò)虛擬通道控制器的設(shè)計[J];微電子學(xué)與計算機;2012年05期

8 王芳莉;杜慧敏;;片上網(wǎng)絡(luò)路由算法綜述[J];西安郵電學(xué)院學(xué)報;2011年01期

9 許川佩;任智新;;基于FPGA的NoC路由節(jié)點的設(shè)計[J];微電子學(xué)與計算機;2012年08期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 高翔;多核處理器的訪存模擬與優(yōu)化技術(shù)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

2 馬勝;Cache一致性片上網(wǎng)絡(luò)路由算法和流控機制優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 黎黎;片上網(wǎng)絡(luò)路由算法研究及路由節(jié)點的FPGA設(shè)計[D];電子科技大學(xué);2007年

2 潘攀;基于2D-Mesh拓撲結(jié)構(gòu)的NoC設(shè)計[D];安徽大學(xué);2012年

3 張澤;多內(nèi)核cache一致性協(xié)議研究與實現(xiàn)[D];西安電子科技大學(xué);2013年

本文編號：2514423