同时基于预知信息和预测机制的SDRAM动态页策略

发布时间：2019-12-02 14:30

【摘要】：提出一种同时基于预知信息和预测机制的SDRAM新型动态页策略。该策略可充分利用待处理访存请求的地址信息,能对后续页命中情况进行精确判断;而当没有待处理访存请求可预知时,则利用所记录的历史信息对后续页命中情况进行预测,以最大程度地选择最合适的页策略。分析证明该策略的硬件实现代价很小。实验证实三类主要的基于预知信息的动态页策略之间的性能差异较小,均能获得较理想的访存带宽,最好情况下,实际访存带宽可提升42%。其中,对于绝大多数测试激励,同时基于预知信息和预测机制的新型动态页策略的性能均为最优或接近最优,适应范围最广。
【图文】：

命令序列,策略

图１ＳＤＲＡＭ页打开策略和页关闭策略的访存命令序列图Ｆｉｇｕｒｅ１ＳＤＲＡＭｃｏｍｍａｎｄｓｅｑｕｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｐａｇｅｏｐｅｎ／ｃｌｏｓｅｐｏｌｉｃｙ其好处是访存延迟、访存带宽不受页命中率高低的影响；其不足是当页缓冲命中率较高时，无法使访存延迟、访存带宽最优化。２．２研究目的无论固定采用页打开策略，还是固定采用页关闭策略，都无法使访存性能在各类情况下均获得最优。因此，根据访存行为的特征，混合使用页打开和页关闭策略组成的动态页策略，是提升系统访存性能的有效手段之一。根据策略选择依据的不同，动态页策略可分为两类：一类是基于预测的页策略，一类是基于预知信息的页策略。在能够获知后续访存请求的地址信息的条件下，基于预知信息的页策略能够更精确地对页模式进行调度，，对访存性能的优化效果更为显著。在无法获知后续访存请求的地址信息的条件下，若基于合适的预测机制对页模式进行调度，则有可能获得更好的优化效果。总之，动态页策略对于访存延迟、访存带宽、主存系统功耗等都会产生显著影响，有必要对其进行深入研究。３系统结构为了能对基于预知信息的动态页策略进行系统的分析，本文设计并实现了一个能以较低的硬件代价同时支持六种页策略的ＳＤＲＡＭ存储控制器。该存储控制器由以下几个主要功能模块构成：访存请求缓冲、请求解析状态机、数据写入缓冲、数据读出缓冲等。其中，访存请求缓冲用于存放用户访存请求；请求解析状态机则负责将访存请求缓冲的模块依次取出，并将其翻译成ＳＤＲＡＭ命令序列；数据写入缓冲，用于接收用户数据，并在合适的时机将其送入ＳＤＲＡＭ；数据读出缓冲，用于接收来自ＳＤＲＡＭ的数据，并将其以约定的

状态图,存储控制器,总体结构

统的分析，本文设计并实现了一个能以较低的硬件代价同时支持六种页策略的ＳＤＲＡＭ存储控制器。该存储控制器由以下几个主要功能模块构成：访存请求缓冲、请求解析状态机、数据写入缓冲、数据读出缓冲等。其中，访存请求缓冲用于存放用户访存请求；请求解析状态机则负责将访存请求缓冲的模块依次取出，并将其翻译成ＳＤＲＡＭ命令序列；数据写入缓冲，用于接收用户数据，并在合适的时机将其送入ＳＤＲＡＭ；数据读出缓冲，用于接收来自ＳＤＲＡＭ的数据，并将其以约定的格式送回用户。总体结构如图２所示。Ｆｉｇｕｒｅ２Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｍｅｍｏｒｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ图２存储控制器总体结构３．１请求解析状态机请求解析状态机是存储控制器的核心模块。该状态机根据ＳＤＲＡＭ页缓冲中的数据是否有效、访存请求地址是否命中页缓冲等信息，决定是否在ＳＤＲＡＭ读写命令之前发送激活命令、预充电命令；然后，根据页策略控制信息，决定是发送带预充电功能的ＳＤＲＡＭ读写命令，还是发送不带预充电功能的ＳＤＲＡＭ读写命令。请求解析状态机的算法状态图如图３所示。３．２页策略控制信息的生成为了实现基于预知信息的ＳＤＲＡＭ动态页策略，需要由访存请求缓冲模块向请求解析状态机提供页策略控制信息。该信息为位宽为１的控制位，当其取值为１时，表示需要采用页打开策略；当其取值为０时，表示需要采用页关闭策略。该控制位的取值可由所采用的页策略、后续请求的页命中情况动态确定。其生成逻辑的实现结构如图４所示。在上述结构中，“非预知／预知”开关用于选择２２１０ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｓｃｉ

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