片上多核同步單元的研究實(shí)現(xiàn)及片間擴(kuò)展.pdf

1、隨著應(yīng)用需求以及芯片制造工藝的發(fā)展，單個(gè)芯片上能夠集成更多的處理器資源和存儲(chǔ)資源，片上系統(tǒng)逐漸由單核結(jié)構(gòu)發(fā)展為多核結(jié)構(gòu)。多核體系結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)在帶來性能提升的同時(shí)，對(duì)核間同步機(jī)制也提出了更高的要求。充分發(fā)揮多核芯片中各處理器核的處理能力，需要高效的同步機(jī)制支持。
　　X-DSP是由我校自主開發(fā)的高性能多核 DSP，采用自主設(shè)計(jì)的體系結(jié)構(gòu)與指令集結(jié)構(gòu)，主要應(yīng)用于信號(hào)與圖像處理等存在大批量的數(shù)據(jù)處理需求的領(lǐng)域。芯片內(nèi)部集成了多個(gè)DSP核與

2、全局cache，通過PCIE接口實(shí)現(xiàn)與片外的高速互聯(lián)通信。其多核結(jié)構(gòu)支持多個(gè)任務(wù)并行執(zhí)行，各任務(wù)間的數(shù)據(jù)通信需要高效的同步機(jī)制保證執(zhí)行的正確性及高效性。本文基于X-DSP的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用分布式的硬件同步單元實(shí)現(xiàn)了多核間的同步。同時(shí)為了讓片外處理器核有效參與同步，完成了基于PCIE的接口擴(kuò)展工作，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了PCIE-NI轉(zhuǎn)接橋。本文的工作內(nèi)容與貢獻(xiàn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
　　(1)分析比較了硬件同步方案與軟件同步方案，確定了

3、基于鎖和柵欄的硬件同步機(jī)制，通過減少同步操作對(duì)正常訪存行為的影響提高了同步效率。
　　(2)綜合考慮 X-DSP的體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了包含硬件鎖與柵欄的分布式的硬件同步單元總體結(jié)構(gòu)。其中，硬件鎖具有旋轉(zhuǎn)鎖與排隊(duì)旋轉(zhuǎn)鎖兩種工作模式，有效減少鎖獲取請(qǐng)求數(shù)目；硬件柵欄采用廣播方式進(jìn)行釋放，從而減少傳統(tǒng)柵欄串行釋放造成的網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)問題。
　　(3)設(shè)計(jì)了PCIE-NI轉(zhuǎn)接橋，實(shí)現(xiàn)了AXI標(biāo)準(zhǔn)接口、PBUS以及DBI接口和X-DSP自主