[发明专利]用于多处理器动态不对称和对称模式切换的硬件装置和方法

说明书

具有多个处理器的处理系统可在对称多处理(symmetrical multi‑processing，SMP)与不对称多处理(asymmetrical multi‑processing，ASMP)这两个操作模式之间动态切换。所述系统使用某些标准以确定何时切换以改进功耗或性能。控制器实现所述两个模式之间的控制和快速切换。在接收到在SMP与ASMP之间进行切换的切换命令后，执行一连串或一系列动作以控制所述多个处理器和缓存存储器的供电电压和CPU/存储器时钟。

本发明要求2014年10月16日递交的发明名称为“用于多处理器动态不对称和对称模式切换的硬件装置和方法(Hardware Apparatus and Method for MultipleProcessors Dynamic Asymmetric and Symmetric Mode Switching)”的第14/516,314号美国非临时专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容好像全文复制一样以引入的方式并入本文本中。

技术领域

本发明大体上涉及多处理器架构和系统，且具体而言，本发明涉及用于在不对称多处理模式与对称多处理模式之间切换的装置和方法。

背景技术

多处理系统使用多个处理器(例如，中央处理单元(central processing unit，CPU))来处理数据并执行所希望的功能。如将了解，术语“处理器”与术语“CPU”或“内核”同义地使用并且易于被本领域技术人员所理解。在现有技术中，存在两种主要类型的不同多处理系统：对称多处理(symmetric multi-processing，SMP)和不对称多处理(asymmetricmulti-processing，ASMP)。

SMP系统通常具有以下特征：共享所有系统资源、单个同步二级缓存接口(并且可能地异步二级缓存接口)、处理器在相同时钟频率和时钟电压下受到控制。这还通常意味着处理器/内核可同等地访问共享存储器系统(例如，二级缓存和存储器)。在SMP中，时钟频率和电压不可个别地进行调节，因此无法在每内核/处理器的基础上改变时钟频率和电压。另外，二级缓存在所有内核当中共享，并且二级缓存频率不可在每内核基础上按比例调整。在大多数应用中(如果不是在所有应用中)，SMP中的处理器的工作负荷是不平衡的并且这导致较高的功耗。

相反，ASMP系统通常具有以下特征：具有个别地用于处理器的不同的时钟频率和/或时钟电压，且二级缓存时钟频率可以独立地按比例调整。因此，处理器时钟频率和二级缓存频率可以基于工作负荷按比例调整(例如，相对于存储器密集型工作负荷的内核更快的二级缓存)。一般来说，ASMP系统与SMP系统相比在功率上更高效，但是可能因额外且更复杂的硬件而引起潜在更高的功耗。当一级缓存未命中率较高时，处理器将从二级缓存中提取数据。如果所请求的相关数据存储在二级缓存的较低时钟频率部分中，处理器必须等待数据。这导致较高时延和较高功耗。

转向图1，图示了具有使用ASMP的多个处理器的处理系统100的基本架构。如将了解，虽然针对SMP使用类似现有技术系统，但是如本领域一般技术人员易于理解的，处理器在单个时钟频率下操作并使用单个电源电压电平。

如图所示，处理系统100包含多处理器内核和缓存子系统105，所述子系统具有多个处理器110(110a、110b、110c、110d)，所述多个处理器具有相对应的二级缓存存储器部分120(120a、120b、120c、120d)和跨时钟域(clock domain crossing，CDC)电路130(130a、130b、130c、130d)。虽然示出四个处理器110(以及相应存储器和电路)，但是处理器的数目可以更少或更多，但是将包含至少两个。如将了解，每个处理器110可以包含一个或多个中央处理单元(central processing unit，CPU)。