發(fā)布時(shí)間：2019-10-08 14:47

【摘要】：隨著多核技術(shù)的不斷發(fā)展,單個(gè)芯片上集成的處理核越來(lái)越多,所帶來(lái)的潛在計(jì)算能力也越來(lái)越大。但實(shí)際上大多數(shù)多核系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)有較多的處理核長(zhǎng)時(shí)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(jì)算能力也沒有得到充分地挖掘,從而造成了計(jì)算資源的浪費(fèi)。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(dāng)前多核技術(shù)上的一個(gè)重要課題。任務(wù)級(jí)亂序多發(fā)射,是將在單個(gè)處理核中已經(jīng)應(yīng)用成熟的指令級(jí)亂序多發(fā)射的核心技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)展,包括寄存器重命名、動(dòng)態(tài)調(diào)度等技術(shù),使其應(yīng)用在由多個(gè)處理核組成的粗粒度任務(wù)流水線上,自動(dòng)追蹤任務(wù)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(wù)級(jí)并行性,提升資源利用效率。本文針對(duì)以上問題,在基于片上網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)的多核系統(tǒng)上,對(duì)于如何設(shè)計(jì)支持任務(wù)級(jí)亂序多發(fā)射的主控核進(jìn)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(jí)亂序多發(fā)射的關(guān)鍵技術(shù)的原理與實(shí)現(xiàn)；分析了將指令級(jí)亂序多發(fā)射擴(kuò)展到任務(wù)級(jí)亂序多發(fā)射所面臨的問題,分析了目標(biāo)系統(tǒng)特征對(duì)實(shí)現(xiàn)任務(wù)級(jí)亂序多發(fā)射所提出的要求,并給出了相應(yīng)的解決方案。2.提出了一種新穎的支持任務(wù)級(jí)亂序多發(fā)射的主控核設(shè)計(jì)方案。該主控核采用了兩級(jí)編程架構(gòu),設(shè)計(jì)了任務(wù)級(jí)寄存器重命名機(jī)制以消除假數(shù)據(jù)相關(guān),采用追蹤“任務(wù)—寄存器”間的相關(guān)性替代“任務(wù)—任務(wù)”間的相關(guān)性,通過資源分配器和分支預(yù)測(cè)器分別解決結(jié)構(gòu)冒險(xiǎn)和控制冒險(xiǎn)。同時(shí),本文設(shè)計(jì)了一種新穎的任務(wù)級(jí)動(dòng)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(duì)任務(wù)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(yùn)算器的流水化設(shè)計(jì),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(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了本文所設(shè)計(jì)主控核功能的正確性。4.根據(jù)任務(wù)級(jí)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(yīng)用,從而評(píng)估了在本文所設(shè)計(jì)主控核的控制下該系統(tǒng)的性能,并初步探索了任務(wù)映射的原則。
【圖文】：

流水線的概念，將廣泛應(yīng)用于單核系統(tǒng)中的寄存器重命名、動(dòng)態(tài)調(diào)度擴(kuò)展到任務(wù)逡逑級(jí)，動(dòng)態(tài)檢測(cè)任務(wù)間數(shù)據(jù)相關(guān)性，從而亂序執(zhí)行非推測(cè)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)任務(wù)級(jí)亂序多逡逑發(fā)射。如圖１．１所示為任務(wù)級(jí)亂序超標(biāo)量流水線示意圖Ｗ，，關(guān)鍵在于前端任務(wù)窗中逡逑的任務(wù)間相關(guān)性解析和重命名操作，并將就緒的任務(wù)發(fā)送到后端多核系統(tǒng)中執(zhí)行。逡逑文獻(xiàn)［１７］通過搭建一個(gè)周期精確的片上多核處理器（ＣＭＰ）的模巧器ＴａｓｋＳｉｍ來(lái)評(píng)逡逑２逡逑

２N１數(shù)據(jù)冒險(xiǎn)逡逑指令間數(shù)據(jù)相關(guān)性可細(xì)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(shè)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(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP332

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本文編號(hào)：2546343