【摘要】：隨著多核技術(shù)的不斷發(fā)展,單個芯片上集成的處理核越來越多,所帶來的潛在計算能力也越來越大。但實際上大多數(shù)多核系統(tǒng)在運行時有較多的處理核長時間處于空閑狀態(tài),因而并沒有獲得理想的并行度,潛在的計算能力也沒有得到充分地挖掘,從而造成了計算資源的浪費。因此如何有效調(diào)度片上多核系統(tǒng)中的處理核、充分挖掘并行度就成為了當前多核技術(shù)上的一個重要課題。任務級亂序多發(fā)射,是將在單個處理核中已經(jīng)應用成熟的指令級亂序多發(fā)射的核心技術(shù)進行擴展,包括寄存器重命名、動態(tài)調(diào)度等技術(shù),使其應用在由多個處理核組成的粗粒度任務流水線上,自動追蹤任務間的數(shù)據(jù)依賴,靈活調(diào)度片上的處理核,從而充分挖掘任務級并行性,提升資源利用效率。本文針對以上問題,在基于片上網(wǎng)絡通信架構(gòu)的多核系統(tǒng)上,對于如何設計支持任務級亂序多發(fā)射的主控核進行了深入研究。本文的主要工作如下：1.深入研究了傳統(tǒng)指令級亂序多發(fā)射的關(guān)鍵技術(shù)的原理與實現(xiàn)；分析了將指令級亂序多發(fā)射擴展到任務級亂序多發(fā)射所面臨的問題,分析了目標系統(tǒng)特征對實現(xiàn)任務級亂序多發(fā)射所提出的要求,并給出了相應的解決方案。2.提出了一種新穎的支持任務級亂序多發(fā)射的主控核設計方案。該主控核采用了兩級編程架構(gòu),設計了任務級寄存器重命名機制以消除假數(shù)據(jù)相關(guān),采用追蹤“任務—寄存器”間的相關(guān)性替代“任務—任務”間的相關(guān)性,通過資源分配器和分支預測器分別解決結(jié)構(gòu)冒險和控制冒險。同時,本文設計了一種新穎的任務級動態(tài)調(diào)度器和用于管理片上處理核的資源分配器。另外,本文還引入了對任務內(nèi)多處理核間的SIMD工作模式的支持。3.完成了一種可重構(gòu)運算器的流水化設計,并提出了一種基于NoC通信的異構(gòu)多核系統(tǒng)架構(gòu)。通過在該異構(gòu)多核系統(tǒng)上加載實驗,驗證了本文所設計主控核功能的正確性。4.根據(jù)任務級亂序多發(fā)射技術(shù)的主要影響因素,在該異構(gòu)多核系統(tǒng)中映射了具有不同特征的應用,從而評估了在本文所設計主控核的控制下該系統(tǒng)的性能,并初步探索了任務映射的原則。
【圖文】：

流水線的概念，將廣泛應用于單核系統(tǒng)中的寄存器重命名、動態(tài)調(diào)度擴展到任務逡逑級，動態(tài)檢測任務間數(shù)據(jù)相關(guān)性，從而亂序執(zhí)行非推測任務，實現(xiàn)任務級亂序多逡逑發(fā)射。如圖１．１所示為任務級亂序超標量流水線示意圖Ｗ，，關(guān)鍵在于前端任務窗中逡逑的任務間相關(guān)性解析和重命名操作，并將就緒的任務發(fā)送到后端多核系統(tǒng)中執(zhí)行。逡逑文獻［１７］通過搭建一個周期精確的片上多核處理器（ＣＭＰ）的模巧器ＴａｓｋＳｉｍ來評逡逑２逡逑

２N１數(shù)據(jù)冒險逡逑指令間數(shù)據(jù)相關(guān)性可細分為Ｈ種真數(shù)據(jù)相關(guān)、輸出相關(guān)和反相關(guān)。其中逡逑輸出相關(guān)和反相關(guān)統(tǒng)稱為名稱相關(guān)。如圖２．１所示為Ｈ種數(shù)據(jù)相關(guān)性的示意圖，假逡逑設按照程序順序指令ｉ在指令ｊ之前。邐＾逡逑（＾ｄｄ邋ｒ３，ｒｌ＾）ｓ＾邋（ｆｌ：邋Ａｄｄ邋ｒ３，ｒｌｉ＂２，ｒ逡逑ｉ邐ｒ３邋Ｉ邐ｒ３邐｜邋巧＿逡逑Ａｄｄ邐＾邋（邋ｊ：邋Ａｄｄ邐＾Ａｄｄｒ３，ｒ４，ｒ５逡逑（ａ）邋Ｔｒｕｅ邋ｄａｔａ邋ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ邋（ｂ）邋Ｏｕｔｐｕｔ邋ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ邐（ｃ）邋Ａｎｔｉ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ逡逑圖２．１邋Ｈ種數(shù)據(jù)相關(guān)性示意圖逡逑Ｆｉｇ邋２．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｒａｗｉｎｇ邋ｏｆ邋ｔｉｉｅ邋ｔｈｒｅｅ邋ｄａｔａ邋ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｉｅｓ逡逑１）
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP332

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本文編號：2546343