[发明专利]高速Cache中一种树状结构的改进型LRU算法的替换策略

说明书

本发明公开了高速Cache中一种树状结构的改进型LRU算法的替换策略，该发明基于程序局部性原理，采用树状结构的改进型LRU算法的替换策略来提高替换效率以及命中率。在本发明中，当高速缓存需要更新时，解码电路将对有效位进行判断，当有效位全为1时，将依据树状结构的改进型LRU算法对替换状态存储器的值进行译码，决定出被替换的line，当有效位不全为1时，则会根据优先译码电路得到需要替换的line，从而完成整个的替换过程。该替换方法可在完成数据读写操作的同时进一步提高高速Cache的数据替换命中速度，提高高速Cache的性能。

技术领域

本发明涉及嵌入式微处理器设计技术领域，具体涉及高速Cache中一种树状结构的改进型LRU算法的替换策略，进一步涉及如何提高嵌入式微处理器内核快速地从高速Cache中读写数据的方法。

背景技术

嵌入式微处理器的设计难题之一在于嵌入式微处理器的高速工作频率与片外存储器的低速读写速度相差很大，这在很大程度上限制了嵌入式微处理器的性能和效率。在现代微处理器中，在嵌入式微处理器内核与片外储器间设计一级或多级高速缓存Cache组成多层次存储体系已经成为了缩小存储器与嵌入式微处理器速度差距的有效解决方法。但是高速缓存在工作时，容易发生缺失，当在高速缓存缺失发生时，会从主存中读出一个line存储到高速缓存里。这时，如果高速缓存中已经没有空闲的line，那么就需要从中选择一个line作为替换对象替换掉，采用不同的替换算法替换的效率大大不同，不同的算法所占用的资源也不一样。当前主流的替换算法为LRU(Least Recently Used)算法，即最近最久未使用算法。LRU算法是一种统计的方法，根据各个way的使用情况，统计出近期最少被使用的那个line然后用作替换。这种方法能够比较好地反映程序的局部性原理，且有很好的命中率，但是从硬件实现上来说比其他的常规算法实现更困难，并且会消耗更多的资源。这样导致替换速度变慢，增加系统的功耗。

因此亟待提出一种基于程序局部性原理，采用树状结构思想的改进型LRU算法的替换策略来提高替换效率以及命中率。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供高速Cache中一种树状结构的改进型LRU算法的替换策略。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

高速Cache中一种树状结构的改进型LRU算法的替换策略，所述的替换策略包括下列步骤：

S1、完成四路组相连映射方式Set以及line的划分；

S2、对所划分的每一个Set设置一个寄存器栈，其容量为高速Cache的Set数n，寄存器栈由栈顶到栈底依次记录最近被访问的Set_a和最久没有被访问的Set_b；

S3、当某一个Set被访问时，那么位于该Set号之上的栈内元素依次向下移动一行，而被访问的Set号则压入栈顶，通过上述操作实现栈内元素的重排，得到近期不常使用的Set号；

S4、在近期不常使用的Set号中采用一种基于树状结构的方法找出具体某一路中的line需要进行替换；

S5、从主存中读出一个line的数据存储到高速Cache中，完成数据替换。

进一步地，所述的步骤S4具体如下：

S401、在Set中设计一个三位的寄存器，记做status[2:0]，更新方式为:status[2:0]＝00×时替换Way0，status[2:0]＝01×时替换Way1，status[2:0]＝1×0时替换Way2，status[2:0]＝1×1时替换Way3，其中，“×”表示保持原值；