[发明专利]片上多核处理器的高速缓存协作系统及其协作处理方法

权利要求书

1.一种片上多核处理器的高速缓存协作系统，包括存储器以及与存储器耦合的片上多核处理器，其特征在于所述多核处理器每个处理器核心均包括私有一级高速缓存和与一级高速缓存严格包含关系的私有二级高速缓存；所述多核处理器所有处理器核心共有集中式一致性目录，所述集中式一致性目录用于在一级高速缓存、二级高速缓存和存储器中实现一致性策略。

2.根据权利要求1所述的片上多核处理器的高速缓存协作系统，其特征在于所述一级高速缓存为私有一级指令和数据高速缓存，所述多核处理器每个处理器核心在一级高速缓存内设置有缺失队列MissQ；所述缺失队列MissQ用于处理本地处理器核心的请求或通过查找集中式一致性目录向非本地处理器核心发出远程请求。

3.根据权利要求2所述的片上多核处理器的高速缓存协作系统，其特征在于所述缺失队列MissQ处理本地处理器核心请求时，用于接受和处理本地处理器核心的数据访问请求或者查找集中式一致性目录后由本地处理器核心处理里该数据访问的一致性请求并访问二级高速缓存。

4.根据权利要求4所述的片上多核处理器的高速缓存协作系统，其特征在于所述多核处理器各个处理器核心间通过路由器连接，所述缺失队列MissQ通过路由器与非本地处理器核心通讯。

5.根据权利要求1所述的片上多核处理器的高速缓存协作系统，其特征在于每个处理器核心的一级高速缓存内设置有回写队列WrBQ，所述回写队列WrBQ用于在本地处理器核心中将一级高速缓存内替换出来的脏数据写回到二级高速缓存中；所述集中式一致性目录包括所有处理器核心的二级高速缓存的数据特征位Tag。

6.一种片上多核处理器的高速缓存协作处理方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

(1)本地处理器核心对本地一级高速数据缓存进行访问处理；访问成功则返回数据并退出；当访问缺失时将访问状态放到缺失队列中，进行步骤(2)；

(2)访问本地处理器核心二级高速缓存；当二级高速缓存访问命中，则返回二级高速缓存命中状态给缺失队列，通过缺失队列把数据返回给一级高速缓存并退出；当二级高速缓存访问失效，则进行步骤(3)；

(3)在集中式一致性目录查找，当在集中式一致性目录中发现非本地的目标处理器核心上存在该数据，则把缺失队列中该二级高速缓存缺失请求经过路由发送到目标处理器核心的缺失队列中，目标处理器核心处理缺失队列中的该项请求，找到该数据；如果在集中式一致性目录中未发现非本地处理器核心上存在该数据，则进行步骤(4)；

(4)访问内存，从内存中读取数据传给本地二级高速缓存，退出。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述步骤(3)中当目标处理器核心有多个处理器核心时，选择序号最小的处理器核心。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述步骤(3)还包括当目标处理器核心找到该数据后，当目标处理器核心的缺失队列请求为只读且该数据为干净的时，将数据复制到目标处理器核心上并对集中式一致性目录进行适应性修改；当目标处理器核心的缺失队列请求为写请求或该数据为脏数据时，则将数据迁移到目标处理器核心或其他处理器核心上并对集中式一致性目录进行适应性修改。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述方法中当发生数据块替换时，如果集中式一致性目录中发现该数据块存在多个副本，则无需迁移；若仅一个副本，则通过片上网络将数据块迁移到某个处理器核心上，并同时修改集中式一致性目录。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述方法中数据迁移过程中还进行流媒体程序的判断步骤；当对一定时间间隔内待迁移数据的MPKI参数具有流特性时，则停止数据迁移，直接复制到目标处理器核心上进行处理。