面向雷达应用的粗粒度可重构处理器中数据缓存结构设计

发布时间：2017-09-02 20:33

  本文关键词：面向雷达应用的粗粒度可重构处理器中数据缓存结构设计

  更多相关文章： 粗粒度可重构处理器 雷达核心算子 层次化缓存 片上数据缓存管理机制

【摘要】：可重构处理器兼具高性能和灵活性,特别适合于实现雷达信号处理等并行性高、数据量大的计算密集型应用。然而,为了满足雷达应用日益增长的高性能要求,粗粒度可重构处理器中的计算资源成倍增加。可重构处理器的并行计算资源在进行运算时,需要同时从片上存储中读取数据,会频繁地出现访存冲突现象,而访存冲突会导致片上数据访存时间变长、访存性能低,从而影响可重构处理器的工作性能。因此,设计合理的片上数据缓存结构以及高效的片上数据缓存管理机制对于提高可重构处理器的工作性能具有非常重要的作用。本文从雷达核心算子的访存特性入手,针对面向雷达核心算子的粗粒度可重构处理器中数据访存冲突造成的问题,设计了片上层次化的缓存结构,并提出了一种基于多存储体的线性步长可变的数据缓存管理机制。(1)本文分析了雷达核心算子的数据访存过程,总结了雷达核心算子数据访存的两大特性：数据访问并行性和一维规整跳步性。(2)从两方面着手对片上数据缓存管理机制进行了设计与优化：硬件结构方面,通过在可重构处理器中的各个计算阵列间设置多个存储单元形成共享的存储体簇,并通过理论分析和C模型仿真,对存储体数目进行了评估；管理机制方面,建立了计算阵列与各个存储体之间可配置的逻辑映射关系,降低了多个计算阵列并行工作时产生的访存冲突,提高了计算阵列的数据吞吐率,从而提高了可重构处理器的数据访存性能。本文电路实现采用SMIC 40nm工艺,电路运行主频为500MHz。实验结果表明,基于本文设计的片上层次化缓存结构以及数据缓存管理机制,片上数据缓存单元大小仅为770KB,片上数据访问性能提升了27.5%～58.0%。针对雷达核心算子,与经典并行缓存管理机制PMA相比,可重构处理器的访存性能平均提升了35%左右。以256-64K点FFT为例,数据访存性能与PMA相比提升了26.09%-54.60%。相比同类可重构处理器ADRES和Laysers CGRA,RASP在归一化性能上分别提升了4倍和3倍左右。
【关键词】：粗粒度可重构处理器 雷达核心算子 层次化缓存 片上数据缓存管理机制
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP332
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 研究背景8-10
• 1.1.1 雷达应用及现有实现方案简介8-9
• 1.1.2 可重构计算概述9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 论文研究内容及意义12-13
• 1.4 论文组织结构13-16
• 第二章 雷达算法概述及核心算子存储实现方案概述16-26
• 2.1 雷达信号处理过程及关键技术16-18
• 2.2 雷达核心算子原理及算子结构介绍18-22
• 2.2.1 FFT18-19
• 2.2.2 FIR19-20
• 2.2.3 矩阵求逆20-22
• 2.3 雷达核心算子存储方案综述22-24
• 2.4 本章小结24-26
• 第二章 雷达核心算子数据访存特性分析及数据存储子系统设计26-40
• 3.1 雷达核心算子数据访存特性分析26-33
• 3.1.1 数据访问的并行性特征26-30
• 3.1.2 一维规整跳步的数据访存特征30-33
• 3.2 面向雷达核心算子的相粒度可重构系统33-36
• 3.2.1 可重构系统的基本结构33-34
• 3.2.2 可重构处理器基本结构及工作机制34-36
• 3.3 可重构数据存储子系统研究36-39
• 3.3.1 数据存储子系统的基本结构36-37
• 3.3.2 数据通路子系统37-38
• 3.3.3 数据存储子系统存在的问题38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第四章 粗粒度可重构处理器片上数据缓存管理机制40-56
• 4.1 多存储体集成的存储结构40-42
• 4.1.1 常见多存储体集成的存储结构分析40-41
• 4.1.2 面向多个可重构阵列的并行存储结构41-42
• 4.2 基于多存储体的线性步长可变的数据缓存策略42-47
• 4.2.1 工作机制42-45
• 4.2.2 地址计算单元45-47
• 4.3 雷达核心算子的存储映射分析47-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第五章 可重构处理器中数据管理优化方案的验证与分析56-66
• 5.1 验证环境与实验结果及分析56-61
• 5.1.1 验证环境56-58
• 5.1.2 实验结果及分析58-61
• 5.2 不同片上数据缓存管理机制数据存取性能对比61-62
• 5.3 可重构处理器RASP整体验证结果对比62-64
• 5.4 本章小结64-66
• 第六章 总结与展望66-68
• 6.1 总结66
• 6.2 展望66-68
• 致谢68-70
• 参考文献70-74
• 作者简介74

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本文编号：780774