[发明专利]基于寄存器文件的快速数据交换结构及其管理方法

权利要求书

1.一种基于寄存器文件的快速数据交换电路，其特征是：含有全局寄存器文件和n个计算节点，n为自然数，每个计算节点通过专用总线分别与全局寄存器文件连接，计算节点含有局部寄存器文件和不同层次的任务流处理部件，任务流处理部件之间以及任务流处理部件与局部寄存器文件之间通过交叉总线连接；局部寄存器文件通过寄存器文件逻辑端口接交叉总线，局部寄存器文件根据计算节点的层次结构，为计算节点中的各个任务流处理部件提供可访问的寄存器文件逻辑端口；全局寄存器文件通过寄存器文件逻辑端口接专用总线，全局寄存器文件为不同的计算节点提供不同的寄存器文件逻辑端口，为同一计算节点中不同的任务流处理部件提供单一的物理端口，通过时间分片为不同的任务流处理部件提供可同时访问的寄存器文件逻辑端口。

2.根据权利要求1所述的基于寄存器文件的快速数据交换电路，其特征是：全局寄存器文件为存储各计算节点中间结果的寄存器文件组，局部寄存器文件为存储计算节点内进行任务处理时的所有操作数和中间结果的寄存器文件组，任务流处理部件含有FPGA阵列、CPU阵列、GPU阵列、共享存储器加速装置Shared memory accelerator、多核共享快速缓冲贮存区Cache sharedmulti-core、主存储器Main memory和存储器Storage。

3.根据权利要求2所述的基于寄存器文件的快速数据交换电路，其特征是：所述寄存器文件组含有m个寄存器文件，每个寄存器文件含有寄存器文件控制器和k个存储簇，存储簇由寄存器构成，m和k为自然数，寄存器文件控制器通过统一的交叉总线连接，存储簇之间通过数据总线进行连接，寄存器文件控制器和存储簇之间采用集中式的串行链接方式。

4.一种对权利要求1所述的基于寄存器文件的快速数据交换电路的管理方法，其特征是：所述每一个计算节点均可以对全局寄存器文件进行共享访问，以发掘各计算节点间的任务流数据重用，全局寄存器文件的大小可以根据计算节点的资源规模进行动态分配和调整，当计算节点内各任务流处理部件间进行数据通信时，局部寄存器文件为相应的数据交换提供支持，局部寄存器文件对任务操作的所有操作数和中间结果进行暂存，各任务流处理部件通过各计算节点内的交叉总线传递并缓存到局部寄存器文件中，计算节点在计算过程中，各任务流处理部件不需要去访问外部存储器或全局寄存器文件，只有在各计算节点间需要数据交互时，才将结果写回全局寄存器文件或外部存储器。

5.根据权利要求4所述的对基于寄存器文件的快速数据交换电路的管理方法，其特征是：计算节点与全局寄存器文件之间采用统一的数据格式进行数据交互，根据各计算节点上运行任务所需数据量大小可将全局寄存器文件动态划分出相应的寄存器空间，用于计算节点间的数据交换；对寄存器文件控制器和存储簇的访问通过寄存器文件的物理地址进行控制，在使用寄存器文件时，直接通过交叉总线按照寄存器文件的物理地址进行访问，寄存器文件控制器与存储簇之间使用的接口即为存储簇的物理地址，也就是寄存器文件的物理地址。

6.根据权利要求4或5所述的对基于寄存器文件的快速数据交换电路的管理方法，其特征是：对全局寄存器文件同一区域的读取与写入操作是不能同时进行的，但是当一个计算节点完成写入后，其它计算节点可以同时读取数据，共享寄存器文件中不同区域之间的读/写操作可以同时进行。

7.根据权利要求4或5所述的对基于寄存器文件的快速数据交换电路的管理方法，其特征是：在多个计算节点同时使用全局寄存器文件执行任务流中的任务时，可以根据不同计算节点所执行任务的优先级高低，优先将全局寄存器文件空间分配给优先级较高的计算节点，若计算节点在执行任务时所需要交换的数据量变化较大，还可根据全局寄存器文件中剩余空间大小进行动态调整，根据优先级高低尽可能的满足所有计算节点的数据量需求。

8.根据权利要求4或5所述的对基于寄存器文件的快速数据交换电路的管理方法，其特征是：各计算节点之间进行数据交换时，首先将待交换数据存放至全局寄存器文件的指定区域，然后再由需要接收数据的计算节点从全局寄存器文件中的指定区域中读出。