嵌入式异构多核的片上通信架构设计

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1、嵌入式异构多核的片上通信架构设计陈天洲严力科施青松陈国兵(浙江大学计算机学院,浙江省杭州市31002)(tzchen@zju.edu.cn)摘要为了克服目前嵌入式异构多核处理器的片上通信架构无法提供高效的异构多核协作架构的问题，本文分析了嵌入式异构多核体系中片上处理核在核间通信以及存储层次上的不同需求特性，提出一种“主-辅”控制模型架构，提高了核间协作以及数据传输的性能。通过模拟器验证，该架构模型相对于嵌入式领域经典的“RISC+DSP”体系的架构有23%左右的性能提升。关键词片上通信；多核；处理器；嵌

2、入式系统中图法分类号TP338.6On-chipCommunicationFrameworkDesignforEmbeddedHeterogeneousMulti-coreArchitectureChenTianzhou,YanLike,ShiQingsongandChenGuobing(CollegeofComputerScience,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)AbstractRecently,on-chipcommunicationframewo

3、rkofembeddedheterogeneousmulti-corearchitecturecannotprovideefficientcorporationofdifferenton-chipcores.Inordertosolvethisproblem,thispaperproposesanovelon-chipcommunicationframeworkwhichcanofferefficientcorporationandhighcommunicationbandwidth.Afterstri

4、ctlytestwithcycle-basedsimulator,theresultshowsthattheperformanceofourcommunicationframeworkis23%betterthantheoneintheclassic“RISC+DSP”architecture.Keywordson-chipcommunication;multicore;processor;embeddedsystem随着集成电路工艺发展到深亚微米的阶段，当＋DSP”的设计，ARM处理核通过信箱消息代处

5、理器体系结构的研究正在朝着多核的方向发（MailboxMessage）机制与DSP通信。两者在体系展。Intel[1]、IBM[2]、AMD[3]、SUN[4]等主流芯中通过一个交通控制模块（TrafficController）相互片产商都已经在市场上发布了多核处理器。无论对连接。同时被连接到交通控制模块的还有DMA控于提高处理器性能，还是考虑单位计算性能的能耗制器、SDRAM、FLASH等存储设备[7]。OMAP中因素，多核体系结构都是当前的热点研究方向。的片上通信架构采用了独立的信箱加独立的系统级目

6、前多核处理器的发展还处于起步阶段，有很DMA机制，这一协作架构虽然初步解决了DSP模多问题还亟待解决。其中，一个十分重要的方面就块所需的大数据量的片内传输问题，但其运行时需是设计高效的片上通信架构[5]。这里的通信不仅包要对信箱以及DMA进行配置，占用较多的片上通括多个片上处理核之间的通信，也包括处理核对内信带宽。存数据的访问。针对这一问题，本文提出了一种“主-辅”控制在嵌入式异构多核领域，典型的设计是TI公司模型，由主核将任务分配给辅核，辅核自行建立该推出的嵌入式系统平台OMAP[6]，是一个“RIS

7、C收稿日期：2007基金项目：本课题得到国家自然科学基金(60673149)和国家863计划项目(2007AA01Z105)资助任务的执行环境并处理该任务，以此为基本的核间协分功能：一是负责辅核与外界进行相互通信；二是通作方式。该协作控制模型的核心是一个通信控制单过其内部的DMA机制实现本地存储与系统中其它部元，包含一个增强的信箱模块和一个精简的DMA模件，如系统内存等进行大数据量的信息交换。块，并将这两个模块进行统一的整合，用以完成主辅在运行时，主处理单元可以访问系统的全局地核间的通信以及辅核中的本地

8、存储与系统内存之间址，而辅核只能访问其内部的本地存储地址，因而在的数据交换。本系统中存在两个地址空间：全局地址空间，本地地址空间。全局地址空间也即系统地址空间，主处理单1．计算密集型嵌入式异构多核处理器元以及各种设备都运行在该地址空间内。本地地址空本文的研究工作立足于嵌入式领域，面向一种基间则是指辅核所运行的地址空间，辅核中的本地存储于片内互连总线的异构多核体系处理器，具有能执行构成了该地址空间的实体内容。换言之，本地存储作SIMD处理的辅