一种基于缓存分区的线程间缓存干扰消除结构的设计和实现

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1、＇＇：１〇２８６｜：学校代妈＿＿；：，屏＾分类号；ＵＭ７，，．資密级：公开ＵＤＣ：拍１．３８３学号：１３４１８户？＇－‘部側！ｆｒｒｆ巧；ｐ東兩：ｈ嗦硕±学位论文－种基于缓存分区的线程间缓存干扰消除结构的设计和实现研究生姓名；张远导师姓名：杨军申请学位类别工学硕±学位授予单位东南大学一级学科名称电子科学与技术论文答辩日期２０１６年６月１８日二级举科名称集成由路设计学位授予日期２０年月日答辩蚕员会主席巧巧巧评阅人蔡巧

2、明吴巧巧２０１６年６月１８日来魚未‘營硕±学位论文－种基于缓存分区的线程间缓存干扰消除结构的设计和实现专业名称：集成电路设计：研究生姓名＾：导师姓名醒ＡＤＥＳＩＧＮＡＮＤＩＭＰＬＥＭＥＮＴＡＴＩＯＮＯＦ－ＩＮＴＥＲＴＨＲＥＡＤＣＡＣＨＥＩＮＴＥＲＦＥＲＥＮＣＥＥＬＩＭＩＮＡＴＩＯＮＳＴＲＵＣＴＵＲＥＢＡＳＥＤＯＮＣＡＣＨＥＰＡＲＴＩＴＩＯＮＩＮＧＡＴｈｅｓｉｓＳｕｂｍｉｔｔｅｄ化ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＦ

3、ｏｒ化ｅＡｃａｄｅｍｉｃＤｅｇｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＢＹＺＨＡＮＧＹｕａｎＳｕｐｅｒｖｉｓｅｄｂｙＰｒｏｆ的ｓｏｒＹＡＮＧＪｕｎＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｔｅｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｓｇＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＭａｙ２０１６东南大学学位论文独询性汚明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研巧成果。，尽我所知，除了文中持别加Ｗ标注和致谢的地方外论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成

4、果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材輯。与我一同工作的同志对本研巧所做的任何巧献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。〇１：《术技曰船文／、？＇义０研巧生签名！东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研巧所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可Ｗ采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的內容和纸质一，论文的内容相致．允许论文彼査阅和借阅。除在保密期内的保密论文外可Ｗ公布（包括Ｗ电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英

5、文摘要等部分內容。论文的公布（包括Ｗ电子信息形式刊登。）授权东南大学研巧生院办理如ｈ、、２〇研巧生签名：日期：Ｉ１：导师签名＾■ｄ＾摘要传统的嵌入式单线程处理器在管理多路外设的情况下存在中断响应延迟随机，线程切换开销大的问题。硬件多线程处理器通过多个硬件线程并行执斤，，缩短了中断巧应的时间减小了线程切换开销，在多外设管理上具有明显的优势。缓存（Ｃａｃｈｅ）作为高速存储器具有软件透明，平均性能好的优点，适用于硬件多线程下的多任务并行处理应用场景。而通过动态缓存分区方法可Ｗ抑制硬

6、件一级舆享Ｃａｃｈｅ访问产生的相互污染多线程处理器下不同硬件线程对，提升系统整体性能。目前，适用于多级Ｃａｃｈｅ结构的最近未使用（ＮｏｔＲｅｃｅｎｔｌｙＵｓｅｄ，ＮＲＵ）动态缓存分区方法在硬一级Ｃ件多线程处理器的ａｃｈｅ下存在命中估计不准确，划分方式复杂且无法抑制不恰当划分送两方面问题。命中估计不准确导致硬件多线程处理器的执行效率降低，Ｃａｃｈｅ的不恰当划分影响线程获得一的处理器时间片。针对这两个问题，本文设计了种改进的动态Ｃａｃｈｅ分区方法，对命中估计方法和Ｃ一二叉ａｃｈｅ划分方法进行改进。

7、改进的命中统计分析方法采用种基于树替换策略的命中位置估计方式，在提离命，该命中位置估计方式通过对二叉树状态值进行简单遥辑运算得到命中位畳信息中估计精度的同时降低硬件实现复杂度。结合该命中统计分析方法和硬件多线程处理器的特点，改一进的Ｃａｃｈｅ分区方法采用了种低硬件开销的非遏历划分算法来降低划分计算时间复杂度，并通过将Ｃａｃｈｅ分为可划分区域和不可划分区域的部分分区方式来抑制不恰当划分产生的后果，最终实现在不降低干扰消除能力的情况下提升硬件多线程处理器系统的性能。经Ｍｉｂｅｎ油测试表明，在４线程并

8、行執巧的情况下，本文设计并实现的改进动态Ｃａｃｈｅ分区方法将干扰缺失数畳占总缺失数畳的比例从５０％降到了１５％，每时钟周期执行指令数（ＩｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＰｅｒ，圧吞吐率和加权加速比相对于ＮＲＵ替换策略的动态缓存分区方法分别提商了１．８５Ｃｌｏ浊Ｃ１％和１％。）关巧词：Ｃａｃｈｅ访问干扰，最近未使用替换巧略，动