多核系统存储结构优化技术研究

发布时间：2017-03-17 09:03

  本文关键词：多核系统存储结构优化技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在片上多核系统中,多核处理器与片外存储器间数据交互频繁。片上网络(NoC)通讯技术为片内多核并行计算和访存提供了条件,多核系统迫切需要支持多个访存任务并行操作的高效的存储系统结构。目标多核系统使用层次化的存储系统,以局部缓解片上计算与片上访存之间的差异。本文结合并行访存技术与数据预取技术对目标系统存储结构进行优化,借鉴时间片轮转调度算法,利用存储器接口两侧带宽差,实现了访存任务在SDRAM侧分时独享、用户侧并行操作的目标。在上述研究的基础上,本文设计实现了一种支持多通道随机分配的并行访存存储器接口(Random Distribution Multi-Access Memory Interface, RMAMI),并利用片上存储器完成数据预读取操作,充分利用片外存储器带宽,发挥NoC的并行性,提高了目标系统性能。论文的主要工作如下：1.对RMAMI设计原理进行分析,提出了RMAMI设计方案,讨论设计中各种工作机制,如各仲裁机制选取、时间间隙切换机制、数据通道随机分配机制、基于进程的数据预取机制等。2.根据设计方案对RMAMI进行硬件原型设计,实现了读写通道数目按需分配,数据端口择优分配的目标。使用片上存储器作为数据缓冲区,利用空闲数据通道完成数据预取操作,缓解了数据断流问题,进一步提高了片外存储器带宽利用率。3.将RMAMI集成到目标多核系统中,替换原系统中的MAMI存储器接口,映射具有不同访存计算比的任务,讨论了RMAMI设计对数据传输并行度及任务性能的影响。硬件实验结果表明,RMAMI接口和MAMI接口相比,对于大访存计算比类型的任务,性能平均提升21.1%；对于小访存计算比类型的任务,性能平均提升3.0%;对于仅执行数据访存操作的矩阵转置任务,性能平均提升9.7%。综上,本文设计的支持预读取的RMAMI存储器接口能够有效地提高数据传输的并行度,提升系统性能,完全实现了预期设计目标。
【关键词】：多核系统 并行访存 数据预取 存储带宽 任务映射
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP333
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-17
• 第一章 绪论17-22
• 1.1 技术背景17-18
• 1.2 研究现状18-19
• 1.2.1 存储系统结构介绍18
• 1.2.2 数据预取技术介绍18-19
• 1.3 主要研究内容19-20
• 1.4 课题来源20
• 1.5 论文结构20-22
• 第二章 存储器接口设计环境和要求22-29
• 2.1 系统简介22-24
• 2.1.1 控制部分22
• 2.1.2 通讯部分22-23
• 2.1.3 运算部分23-24
• 2.1.4 接口部分24
• 2.2 存储器接口布局24-25
• 2.3 存储器接口设计要求25-28
• 2.3.1 访存机制25-28
• 2.3.2 存储器接口设计要求28
• 2.4 目标系统存储结构28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 支持数据预取的并行访存接口设计方案29-42
• 3.1 设计方案简介29-30
• 3.2 起始地址管理和请求仲裁机制30-31
• 3.2.1 起始地址管理机制30-31
• 3.2.2 请求仲裁机制分析31
• 3.3 通道数目和读写数据通道分配31-34
• 3.3.1 存储器侧带宽32
• 3.3.2 用户侧带宽32-33
• 3.3.3 数据通道数目分析33
• 3.3.4 读写数据通道分配33-34
• 3.4 数据预取关键问题分析34-35
• 3.4.1 预取时机的选择34
• 3.4.2 预取地址的确定34-35
• 3.5 时间片切换机制和数据安全策略35-38
• 3.5.1 时间片轮转调度算法35-36
• 3.5.2 分时访存原理36
• 3.5.3 多通道并行访存接口结构模型36-37
• 3.5.4 时间片大小的确定和数据通道切换37-38
• 3.6 异步FIFO设计38-40
• 3.6.1 读写缓冲FIFO38-39
• 3.6.2 读写数据FIFO39
• 3.6.3 地址FIFO39-40
• 3.7 数据端口冲突问题分析40-41
• 3.8 本章小结41-42
• 第四章 支持数据预取的并行访存接口设计实现42-59
• 4.1 存储器接口整体架构42-43
• 4.2 各关键模块设计43-55
• 4.2.1 网络接口单元43-45
• 4.2.2 访存请求管理单元45-46
• 4.2.3 预读取判断单元46-49
• 4.2.4 数据通道管理单元49-53
• 4.2.5 数据端口管理单元53-54
• 4.2.6 任务切换管理单元54-55
• 4.3 RMAMI的配置信息55-56
• 4.4 RMAMI的工作流程56-57
• 4.5 资源消耗57-58
• 4.6 本章小结58-59
• 第五章 多通道并行访存接口设计验证59-71
• 5.1 实验系统59
• 5.2 实验方案设计59-69
• 5.2.1 数据传输并行度概念60
• 5.2.2 实验介绍60-69
• 5.3 实验结果分析69-70
• 5.4 本章小结70-71
• 第六章 总结与展望71-73
• 6.1 总结71
• 6.2 展望71-73
• 参考文献73-76
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况76

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