多核片上網(wǎng)絡(luò)cache一致性的實(shí)現(xiàn)方法研究.pdf

1、由于半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展使芯片上集成的處理器核數(shù)不斷增加，傳統(tǒng)總線或者是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信結(jié)構(gòu)漸漸出現(xiàn)帶寬，功耗，延遲和可擴(kuò)展性等方面的不足以及全局時(shí)鐘難以同步，地址空間有限，無(wú)法支持多核并行通信等問題。為了解決這些問題，需要一種新的多核處理器之間通信的方法。片上網(wǎng)絡(luò)(NOC)就應(yīng)運(yùn)而生，它是片上系統(tǒng)的一種新的通信方法，它的核心思想是將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用在芯片設(shè)計(jì)中來，從而解決多核處理器系統(tǒng)間的互連通信問題。由于片上多核技術(shù)在并行編程的需求，

2、就不得不考慮片上網(wǎng)絡(luò)cache一致性問題。本文以片上網(wǎng)絡(luò)cache一致性協(xié)議為目標(biāo)，對(duì)片上網(wǎng)絡(luò)一致性關(guān)鍵問題進(jìn)行了詳細(xì)的分析和深入的研究。
　　本文首先分析了片上網(wǎng)絡(luò)多核通信的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而對(duì)片上網(wǎng)絡(luò)多核Cache一致性問題進(jìn)行分析研究，介紹了片上網(wǎng)絡(luò)多核Cache一致性的相關(guān)知識(shí)。認(rèn)真研究了片上網(wǎng)絡(luò)的整體架構(gòu)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、流控制機(jī)制、路由結(jié)構(gòu)以及路由算法，還有cache的替換算法、cache的寫策略、監(jiān)聽協(xié)議、目錄協(xié)議以及片上網(wǎng)絡(luò)ca

3、che一致性的特點(diǎn)。基于IMES協(xié)議和目錄協(xié)議，提出一種新的片上網(wǎng)絡(luò)cache一致性協(xié)議。共享存儲(chǔ)器中每個(gè)數(shù)據(jù)塊有一個(gè)目錄，記錄數(shù)據(jù)塊在各核中的副本存在情況以及狀態(tài)（M、E、S或者I）。各處理器核中都有一個(gè)高速緩存控制器，用來記錄cache的狀態(tài)（有效或者無(wú)效），以及對(duì)緩存的讀寫進(jìn)行處理。重點(diǎn)討論NOC cache一致性通信問題，提出一種廣播路由機(jī)制，實(shí)現(xiàn)主節(jié)點(diǎn)廣播cache無(wú)效數(shù)據(jù)包到目的節(jié)點(diǎn);以及為了解決多核競(jìng)爭(zhēng)共享主存引起的cac

4、he不一致問題，采使用的寫優(yōu)先仲裁路由機(jī)制，從而降低延遲，確保Cache數(shù)據(jù)的一致性。詳細(xì)說明了片上網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)據(jù)包格式，IP和NOC路由之間網(wǎng)絡(luò)接口的設(shè)計(jì)以及路由的整體結(jié)構(gòu)。
　　在軟件平臺(tái)，結(jié)合經(jīng)典的虛擬通道路由機(jī)制以及本文提出的片上網(wǎng)絡(luò)cache一致性協(xié)議，構(gòu)建IP、NI和路由的通信架構(gòu)。采用Verilog HDL語(yǔ)言編寫代碼實(shí)現(xiàn)NOC架構(gòu)和cache以及共享主存RAM。使用modelsim10.1d進(jìn)行仿真驗(yàn)證測(cè)試，最終實(shí)