多核处理器中目录控制器的设计与实现

发布时间：2017-06-02 08:17

  本文关键词：多核处理器中目录控制器的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：第i页随着计算机应用需求的不断提高,多核处理器技术应运而生,多核处理器与传统的单核处理器相比具有很高的性价比,能够充分开发程序的并行性,已经广泛应用于现实生活中的各个领域。在多核处理器的发展过程中,高速缓存(Cache)一致性问题始终是影响多核处理器性能提升的热点问题,而基于目录的Cache一致性协议(简称“目录协议”)是目前常用的一种解决Cache一致性问题的方法。但是,随着多核处理器技术的不断发展,处理器核的数量以及片上网络的复杂度快速增长,导致目录协议的实现代价越来越大,在一定程度上影响了多核处理器性能的提升,因此简洁高效的目录协议的设计和实现方法,在多核处理器技术中具有重要的理论研究价值和工程实用价值,而目录控制器作为基于目录协议的关键部件,也具有重要的研究价值。本文通过深入分析基于目录的Cache一致性协议的工作原理以及各级Cache在目录协议下的行为规则,总结了目录协议的核心部件——目录控制器(DCU)的工作原理及工作流程,并以此为指导完成了DCU的设计与实现。在设计实现的过程中,本文充分考虑了DCU在实际工作中可能遇到的问题,并找到了相应的解决办法。为了避免DCU在工作过程中出现死锁,本文对DCU进行了死锁避免设计。设计为每类一致性事务都设计了专用的缓冲器,并适当增加了缓冲器的队列深度。当监听队列缓冲器(Snp Buf)中没有剩余足够的空间来接收下一个监听事务时,DCU将停止产生新的监听事务,并对该请求事务发出不成功响应,释放占用的硬件资源。为了均衡监听请求,避免单个L2Cache频繁作为监听请求的数据提供者,从而导致本地处理器核等待,本文对DCU进行了均衡监听设计。均衡监听设计就是通过在目录项(Dir Entry)中加入数据提供者标识位(F),利用F的值来标识相应的L2Cache是否作为监听请求的数据提供者,确保一个L2Cache不会连续多次成为监听请求的数据提供者,从而达到均衡监听负载的目的。此外,DCU中目录组(Dir Way)的访问周期为2个时钟周期,为了加快Dir Way的运行速度,设计将每个Dir Way设计成两个单端口RAM(Dir Way H和Dir Way L),并对二者进行交叉编址。每个访问请求都会根据访问地址中Index[6]的值选择二者之一进行访问。根据时空局部性原理可知,连续访问请求的地址很可能是相邻的(Index[6]的值不同),此时连续的请求会分别访问Dir Way H和Dir Way L,实现一个时钟周期完成一个访问请求。最后,本文对DCU进行了功能验证,验证结果表明,DCU能够正确实现全部的设计功能,完成了预期的设计目标。
【关键词】：目录协议 目录控制器 多核处理器
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP332

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本文编号：414668