Cache Controller的研究和設(shè)計(jì).pdf

1、Cache即高速緩存,是位于CPU和主存之間的規(guī)模小速度快的存儲(chǔ)器.Cache的工作原理是保存CPU中最常用的數(shù)據(jù).當(dāng)Cache中保存著CPU要讀寫的數(shù)據(jù)時(shí),CPU直接訪問Cache.由于Cache的速度與CPU相當(dāng),CPU能在零等待狀態(tài)下迅速地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存取.只有在Cache中不含有CPU所需的數(shù)據(jù)時(shí)CPU才去訪問主存.Cache在CPU的讀取期間依照優(yōu)化命中原則淘汰和更新數(shù)據(jù).可以把Cache看成是主存與CPU之間的緩沖適配器,借助于

2、Cache,可以高效地完成DRAM內(nèi)存和CPU之間的速度匹配.因此,Cache是當(dāng)今衡量計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo).為了發(fā)展民族的CPU產(chǎn)業(yè),許多專家學(xué)者都在致力于研究有自己特色的CPU.北京凝思公司總裁宮敏博士就是其中之一,為了研制基于高端安全服務(wù)器的64位通用CPU,宮博士成立了研發(fā)隊(duì)伍,研制LX-1164 CPU芯片.作者有幸在夏宏博士的指導(dǎo)下參加這一工程,承擔(dān)LX-1164 CPU的高速緩存控制器(CCU)的邏輯設(shè)計(jì)和功能仿真

3、.該文介紹了我們所研制的基于安全服務(wù)器的64位通用CPU芯片中的快存控制器CCU(Cache Controller Unit)的設(shè)計(jì)原理和硬件實(shí)現(xiàn).LX-1164 CPU將采用0.18μmCMOS工藝,工作主頻為400MHz,安全、可靠、低功耗是其最大的特點(diǎn).LX-1164具有獨(dú)立的32KB片內(nèi)數(shù)據(jù)高速緩存和32KB片內(nèi)指令高速緩存,通過CCU可以同時(shí)對(duì)指令Cache和數(shù)據(jù)Cache進(jìn)行查詢.CCU采用ASIC的全定制電路設(shè)計(jì)方法,使用

4、先進(jìn)的EDA設(shè)計(jì)工具進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)與功能仿真.在設(shè)計(jì)上突破傳統(tǒng)思想的約束,采用可重構(gòu)技術(shù)降低Cache的功耗.所謂可重構(gòu)技術(shù)是指系統(tǒng)中的硬件結(jié)構(gòu)可以根據(jù)應(yīng)用程序的需求進(jìn)行重新配置.該課題中運(yùn)用Cache重構(gòu)技術(shù)對(duì)Cache的組織結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化,通過在Cache中設(shè)置控制邏輯和選擇合適的調(diào)整策略對(duì)Cache進(jìn)行重構(gòu)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)Cache容量的動(dòng)態(tài)調(diào)整,同時(shí)采用壓縮的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式減少Cache的存取量,從而大大地降低了Cach