二维动态可划分内存多核硬件支持

《二维动态可划分内存多核硬件支持》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、浙江大学硕士学位论文第l章绪论有限的区域内进行非常密集地数据迁移，即从内存中调入数据，将暂时不用的数据写回内存，显然，需要大量的内存读写操作【l】。因此，内存性能对系统的整体性能影响巨大。在具有高数据吞吐量的应用环境中，大多数的数据访问通常是基于区域访问的，即通常会按照数据块的方式访问内存中的数据。然而，通过按照数据块的方式访问内存中的数据时，数据按照线性序列存储或者按照数据块的方式存储，都会产生数据对齐等访存问题。由于存在着数据对齐等访存问题，研究者提出了二维编址的内存，即内存地址不再以线性方式编址，而成为类似(X，Y)的形式。访问二维编址的内存时，地址即可以在X轴方向变化，也可以在Y轴

2、方向变化，使得访存操作更为灵活，提高了访问数据块的效率。1．1．4多端口存储器简介传统的单端口存储器具有一套主存地址寄存器MAR、地址译码器、主存数据寄存器MDR以及相应的读写电路。因此，在同一时刻，只能执行一项操作，或者接受来自处理器的访问信息，或者与输入／输出设备进行交换信息。然而，如果处理器的访问信息以及输入／输出设备的交换信息同时到达，则必须有一方等待，直到存储器空闲。显然，处理器和输入／输出设备经常会由于竞争存储器资源而不得不等待，这对系统的整体性能会造成严重的影响。多端口存储器的可以很好地解决该问题。多端口存储器又称为并行存储器，其主要设计思想就是通过重复设置硬件的方法，实现存

3、储器的并行存取，从而达到提高存储器速度和带宽的目的。在多核处理器环境下，相互协作的处理器核之间通过共享内存交换大量数据，以获得更高的通信性能。多端口存储器在两个总线之间提供了一个非常好的接口，特别对于那些需要通信的处理器核来说，通过多端口存储器可以显著提高处理器核之间的通信性能。另外，多个处理器核通过多个端口可以并行访问存储器，提高了存储器的带宽，有效缓解了处理器与存储器之间的速度差异。1．1．5FPGA技术的发展可编程逻辑器件是一类半定制的通用型器件，用户可以通过对PLD器件进行编程来实现所需的逻辑功能。FPGA(FieldProgrammableGateArray，现场可编程门阵列)是

4、可编程逻辑器件的一种。与专用集成电路ASIC相比，FPGA具有灵活性高、设计周期短、成本低、风险小等优势。FPGA中的寄存器资源比较丰富，7浙江大学硕士学位论文第l章绪论非常适合同步时序电路较多的数字系统。另外，FPGA提供了最高的逻辑密度、最丰富的特性和极高的性能，目前，已经在通信、消费电子、医疗、工业和军事等应用领域当中占据重要地位。FPGA起源于美国的Xilinx公司，该公司于1985年推出了世界上第一块FPGA芯片。在这二十多年的发展过程中，FPGA的硬件体系结构和软件开发工具都在不断的完善，日趋成熟。FPGA从最初的1200个可用门到90年代时的几十万个可用门，直至发展到目前的数

5、百万甚至上千万门的单片FPGA芯片，当前，在Xilinx、Altera等世界顶级厂商的努力之下，FPGA器件的集成度已经提高到了一个非常高的水平。由于FPGA结合了微电子技术、电路技术、EDA技术，设计者可以集中精力进行所需逻辑功能的设计，有效缩短了设计周期，提高设计质量。FPGA统一由逻辑功能块排成阵列，通过可编程的互连资源将这些逻辑功能块连接起来，以实现不同的设计。典型的FPGA通常包含三类资源：可编程逻辑功能块、可编程输入／输出块和可编程互连资源。可编程逻辑功能块是实现用户功能的基本单元，多个逻辑功能块通常规则地排成一个阵列结构，分布于整个芯片；可编程输入／输出块完成芯片内部逻辑与外

6、部管脚之间的接口，围绕在逻辑单元阵列四周；可编程内部互连资源包括各种长度的连线线段和一些可编程连接开关，他们将各可编程逻辑块或输入／输出块连接起来，构成特定功能的电路。用户可以通过编程决定每个单元的功能以及它们的互连关系，从而实现所需的逻辑功能。FPGA技术为硬件设计提供了一个非常方便的测试和验证平台。各FPGA厂商都提供了比较完善的EDA配套工具，利用这些工具可以非常方便地进行体系结构的描述和验证。根据实验室条件及本文的体系结构需求，本文将利用Xilinx公司的Vertex．4ML403FPGA开发板建立实验环境，对本文的设计进行实验和验证。1．2本文研究动机多核处理器已经成为处理器发展

7、的必然趋势，通过将多个计算内核集成在一个处理器芯片上，大大提高了处理器的计算能力。然而，多核处理器的出现也同时加剧了处理器与存储器之间的速度差距，由于处于不同工艺的存储器发展相对缓慢，导致多核处理器带来的性能提升并没有完全体现在系统整体性能上。多端口存储器提供了多个端口，在多核环境下各处理器核可以利用多个端口同时访问存储器，使得访存工作可以并行化，提高了存储器带宽。二维编址的存储器寻址方式灵活，可以显著提高数据块的访问效