基于NoC架构的分布式共享内存管理系统的实现和验证

发布时间：2020-02-10 16:15

【摘要】：随着片上系统(System on Chip, SoC)复杂性的增加,单个芯片的集成度飞速提高,多核心的片上系统的需求也越来越强烈。为了解决片上系统在多核芯片中无法解决的众多问题,片上网络(Network on Chip, NoC)的结构应运而生。片上网络系统相比于传统的SoC来说,具有高度的规整性和可扩展性,易于发掘多核处理器并行工作的优势。但是,NoC架构在解决曾经系统不足的同时,也对设计提出了新的挑战。其中,如何组织和管理存储以及如何进行节点之间的通信和同步,已经成为该领域的重要课题。本文以实现合理多核系统的分布式共享内存管理为目的,设计和开发基于片上网络架构的数据管理引擎,并为其提供了一定的同步机制。本文主要完成了以下工作：1.针对资源有限的ZedBoard硬件开发平台,为其定制了完整的片上网络系统架构,并针对性地采用了消耗资源少的仲裁算法和路径选择算法；2.配合片上网络系统结构,设计和实现了分布式内存管理的主要模块——数据管理引擎(Data Management Engine, DME),并结合使用了物理寻址和逻辑寻址的混合方式,使得分布式内存对于用户来说是连续不间断的；3.在实现数据管理功能的基础上,为系统提供了基于锁的栅栏同步机制,方便了多个节点在有同步需求时的应用；4.开发设计了DME的API接口函数,使得在使用系统管理数据和同步通信时能够更加直观；5.分别在模块级和系统级对系统进行了模拟功能验证,在验证中尽可能的覆盖在实际情况中所能遇到的情况,包括了冲突和非冲突情况；6.完成了整个系统的FPGA原型设计,并在此基础上对系统的功能进行了较为全面的验证,包括了所有的单个API接口函数和一些功能组合。
【图文】：

该开发板所采用的ＦＰＧＡ为拙ｉｎｘ邋ＺＣ７０２系列芯片，将一块双核的ＡＲＭ逡逑Ｃｏｒｔｅｘ邋Ａ９处理器和与QRｌｉｎｘ邋７系列可编程逻辑完美地结合在一起，可Ｗ创建独逡逑特而强大的设计如图２－１所示ＰＳ１。逡逑１逦＇逦ｒ＊逡逑２＊ＳＰＩ逦？逦Ｉ逦邋Ｉ逦＊逦１逦逦逡逑Ｃｅｎｔｒａｌ邋Ａｔｔｒｉｂｕｔｏｒ逡逑逦邋口ｕａｌ邋Ｃｏｒｅ－ＡＲＭ邋Ｃｏｒｔｅｘ邋Ａ９逦ＤＤＲ邋Ｃｏｎｔｒｏｌ邋＊邋Ｄ邮逡逑２＊Ｉ２Ｃ逦？？￣￣？逦－，，一邋Ｉ邋＊逦逦逡逑逦逦ｒ逡逑２＊ＣＡＮ逦逦逡逑２＊ＵＡＲＴ邋－￣＾逦邋［逦１邋逦＊逡逑Ｖ＂逡逑Ｇ巧Ｏ逦？￣？逦Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ邋ｌｏｇｉｃ逡逑逦逦＜，逡逑：２＊ＳＤＩＯ逦＾＾逦畜逡逑ｗ她邋ＤＭＡ逡逑２＊ＵＳＢ逦逦逡逑ｗ邋地口ＭＡ逡逑逦邋邋舅逡逑；ｗ．逡逑２＊ＧｉｇＥ逦逦逦逦逦巧＇逡逑ｗｉｒｔｉＤＭＡ逦１逦ｉ逡逑图２－１邋Ｚｙ叫系列忍片上的资源简图逡逑因此，不仅可Ｗ利用该开发板完成设计并搭建多核ＣＰＵ系统，同时还可Ｗ逡逑运行基于Ｌｉｎｕｘ，Ａｎｄｒｏｉｄ等嵌入式ＯＳ／ＲＴＯＳ的设计。除此之外，Ｚｅ化ｏａｒｄ还提逡逑６逡逑

该开发板所采用的ＦＰＧＡ为拙ｉｎｘ邋ＺＣ７０２系列芯片，将一块双核的ＡＲＭ逡逑Ｃｏｒｔｅｘ邋Ａ９处理器和与QRｌｉｎｘ邋７系列可编程逻辑完美地结合在一起，可Ｗ创建独逡逑特而强大的设计如图２－１所示ＰＳ１。逡逑１逦＇逦ｒ＊逡逑２＊ＳＰＩ逦？逦Ｉ逦邋Ｉ逦＊逦１逦逦逡逑Ｃｅｎｔｒａｌ邋Ａｔｔｒｉｂｕｔｏｒ逡逑逦邋口ｕａｌ邋Ｃｏｒｅ－ＡＲＭ邋Ｃｏｒｔｅｘ邋Ａ９逦ＤＤＲ邋Ｃｏｎｔｒｏｌ邋＊邋Ｄ邮逡逑２＊Ｉ２Ｃ逦？？￣￣？逦－，，一邋Ｉ邋＊逦逦逡逑逦逦ｒ逡逑２＊ＣＡＮ逦逦逡逑２＊ＵＡＲＴ邋－￣＾逦邋［逦１邋逦＊逡逑Ｖ＂逡逑Ｇ巧Ｏ逦？￣？逦Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ邋ｌｏｇｉｃ逡逑逦逦＜，逡逑：２＊ＳＤＩＯ逦＾＾逦畜逡逑ｗ她邋ＤＭＡ逡逑２＊ＵＳＢ逦逦逡逑ｗ邋地口ＭＡ逡逑逦邋邋舅逡逑；ｗ．逡逑２＊ＧｉｇＥ逦逦逦逦逦巧＇逡逑ｗｉｒｔｉＤＭＡ逦１逦ｉ逡逑图２－１邋Ｚｙ叫系列忍片上的资源简图逡逑因此，不仅可Ｗ利用该开发板完成设计并搭建多核ＣＰＵ系统，同时还可Ｗ逡逑运行基于Ｌｉｎｕｘ，，Ａｎｄｒｏｉｄ等嵌入式ＯＳ／ＲＴＯＳ的设计。除此之外，Ｚｅ化ｏａｒｄ还提逡逑６逡逑
【学位授予单位】：复旦大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP315;TP333.1

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本文编号：2578184