[发明专利]一种嵌入式异构多核体系片上通信的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及嵌入式异构多核技术领域，特别是涉及一种嵌入式异构多核体系片上通信的实现方法。

背景技术

随着集成电路工艺发展到深亚微米的阶段，当代处理器体系结构的研究正在朝着多核的方向发展。无论对于提高处理器性能，还是考虑单位计算性能的能耗因素，多核体系结构都是目前的热点研究方向。

在产业界，Intel、IBM、AMD、SUN等国际顶级芯片公司都已经在市场上发布了多核处理器。这里面既有同构多核处理器，也有异构多核处理器。

目前多核处理器的发展还处于起步阶段，有很多问题还亟待解决。其中，一个主要的方面就是设计高效的片上通信架构。这里的通信不仅包括多个片上处理核之间的通信，也包括处理核对于内存数据的存取。

当前，单核处理器的处理能力已经达到了非常高的水平。为了充分发挥单个芯片上多个处理核的性能，片上的通信架构必须在反应时间、带宽等方面都能有非常好的表现而传统的片外总线和其他通信方式并不能直接适应片上通信的需求，因此多核处理器的设计者必须针对片上多核的特点重新设计合适的片上通信架构。

进一步，当面对嵌入式异构多核这一类多核体系时，片上通信架构的设计又需要新的考虑。异构多核处理器的特点是面向应用，结构多变，经常是一个处理芯片上集成有几类不同的处理核。这要求片上通信的设计需充分考虑片上各个不同种类处理核的通信需求与特点，并结合相应应用的特点、内存架构的设置等。面向嵌入式领域，对于处理器的设计、实现、使用的代价都有更加严格的要求，而且嵌入式异构多核处理器大多应用在多媒体处理、信号编解码、数据比对等领域中，要求片上通信能够在有限的代价下提供更好的片内数据传输性能。

这一方面表明了片上通信在嵌入式异构多核处理器设计中的重要性，也展示了设计一个能充分发挥出处理器中各个处理核心性能的片上通信架构的艰难。总的来说，嵌入式异构多核体系的片上通信研究才刚刚起步，面向嵌入式系统、面向应用的定制也才刚刚出现，很多问题还有待解决。

当前，多核架构已经成为处理器体系发展的主要方向，并发展出了同构多核与异构多核两个主要分支。同构多核体系的如IBM的Power4、Power5，Intel的Core微架构，Sun的UltraSPARC等，而异构多核的典型有IBM的CELL，TI的OMAP。这些多核体系的设计架构代表了当前多核处理器领域的主要方向。

然而，目前多核处理器的发展还处于起步阶段，许多方面的研究还需要进一步的开展。多核的片上通信就是其中的一个主要研究难点。当前，单核处理器的处理能力已经达到了非常高的水平。为了充分发挥单个芯片上多个处理核的性能，片上的通信架构必须在反应时间、带宽等方面都能有非常好的表现。因而片上通信的设计是否优良直接关系到芯片内各个处理核的性能发挥。

目前，主流的片上高效通信机制有两种，一是基于总线共享存储媒介(主要是Cache)的结构，一种是基于片上的互连结构。

总线共享Cache的结构是指芯片上的各个处理器核通过片上的互连总线共享一个二级或三级Cache，进而达到对数据的共享和相互间通信。核间要传递的数据一般都通过共享的Cache做一个中转。典型的总线共享Cache架构如斯坦福大学的Hydra多核处理器。

正如上文所述，目前多核处理器正在成为处理器发展的焦点，而片上通信则是这个焦点的重心。嵌入式异构多核体系中片上通信架构设计的研究难点主要体现在嵌入式异构多核体系片上通信设计与实现。

异构多核体系中各个处理核的指令集、存储层次、实现细节、功能特性都可能各不相同，如何为各个处理核设计一种高效的协作方式就成了首要的难题。另一方面，由于片上通信架构的功能不仅包括各个处理核之间的数据传输，也包括为各个处理核提供高效的内存数据存取性能。各个处理核如何合理的存取内存数据也就成了一个非常重要的问题。上述这些都要求设计者针对不同的多核架构以及所面向的应用不同而综合地设计片上通信架构方式。

嵌入式异构多核体系片上通信的设计应考虑软件在多核处理器上运行的便捷性的问题。软件在多核处理器上的运行主要包括软件如何在多个核上加载，不同处理核上的软件如何进行内存数据存储和如何进行相互通信等三个方面。软件执行的方便与否决定了多核处理器能否以最低的代价提供最高的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种嵌入式异构多核体系片上通信的实现方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：

1)构建通信模型：