[发明专利]一种GPU压缩纹理存储Cache的建模系统

摘要

本发明属于计算机图形领域，提供一种GPU压缩纹理存储Cache的建模系统，包括：纹理存储状态与控制寄存器(1)、纹理请求非阻塞存储L1单元(2)、纹理解压缩单元(3)和纹理压缩存储L2单元(4)。本发明基于SystemC对纹理存储访问过程进行功能建模，采用基于4*4纹素块Tile的S3TC解压缩算法，压缩后纹理图像的数据为128bit存储，存储大小为原始4/3倍。根据纹理内部图象不同格式(intFormat)，在DDR中压缩纹理采用32bit紧凑格式存储，压缩纹理单元内部支持8bit，16bit，32bit格式的纹理存储访问，提高了存储资源占用率。

主权项

1.一种GPU压缩纹理存储Cache的建模结构，其特征在于，所述建模结构包括：纹理存储状态与控制寄存器(1)、纹理请求非阻塞存储L1单元(2)、纹理解压缩单元(3)和纹理压缩存储L2单元(4)；其中：所述纹理存储状态与控制寄存器(1)，用于为纹理请求非阻塞存储L1单元(2)提供控制与状态信息，通过纹理参数存储单元的接口服务函数访问外部纹理存储参数，包括绑定纹理对象编号、绑定对象分级细化mipmap的level层号、DDR中纹理内部存储格式、DDR内部纹素存储的基地址、DDR内部纹理数据存储大小，通过纹理请求非阻塞存储L1单元(2)的接口服务函数获取该控制信息；所述纹理请求非阻塞存储L1单元(2)，用于接收、存储并处理外部纹理映射单元发起的多个纹素请求；首先，在每个时钟上升沿，循环检测外部纹理映射单元发起的纹素请求，当请求使能有效时，采用寄存器保存请求编号、请求数据过滤模式、映射类型、纹素坐标地址描述信息；其次，读取当前多请求纹素坐标地址，根据访问地址进行请求合并与冲突检测，将请求地址相同的进行合并后产生m个地址并送往该单元内部m个端口的非压缩Cache，如果多个请求无法合并为m个请求，其中m为最大的端口访问数，则分多次访问纹理请求非阻塞存储L1单元(2)，如果请求命中，则将访问结果的纹素值结果存储至寄存器中，根据请求数据过滤模式和映射类型，当循环检测到纹理请求对应的所有纹素值结果都准备好，则设置Ready就绪标志，根据纹理存储状态与控制寄存器(1)中的控制信息，通知外部纹理映射单元读取纹素值，如果请求不命中，则将该请求信息打包处理并且暂存，并向纹素压缩单元(3)发起缺失请求，纹理请求非阻塞存储L1单元(2)在完成当前缺失请求信息暂存后继续开始下一次的请求；纹理请求非阻塞存储L1单元(2)更新访问过程不会影响其后续请求访问命中流水线，只有当纹理压缩存储L2单元(4)将需要更新的block块经过纹理解压缩单元(3)解压缩之后存储至待更新的fillbuffer缓存时，一方面，纹理请求非阻塞存储L1单元(2)查询fillbuffer暂存的请求后否有命中，另一方面，纹理请求非阻塞存储L1单元(2)将该block块数据更新到其DataRam中；所述纹理解压缩单元(3)，一方面用于处理纹理请求非阻塞存储L1单元(2)发起的纹素地址缺失请求，另一方面用于采用S3TC解压算法处理纹理压缩存储L2单元(4)返回的纹理数据；首先，当通过纹理请求非阻塞存储L1单元(2)接口的服务函数检测到纹理请求非阻塞存储L1单元(2)发起的缺失请求时，读取请求中纹素坐标地址，进行压缩地址转换；然后，根据压缩后的纹素请求地址向纹理压缩存储L2单元(4)发起缺失请求，并进行时钟周期等待，直到纹理压缩存储L2单元(4)返回需要的block块数据，该单元需要根据请求中携带的纹理存储内部格式进行数据判断，如果是压缩格式类型的，则根据S3TC算法进行解压缩处理，否则，如果是8bit、16bit或32bit的数据格式，则根据紧凑型的存储方式进行解压缩处理，并将解压缩结果返回给L1Cache单元(2)进行更新；所述纹理压缩存储L2单元(4)，用于接收、处理解压缩单元(3)发起的缺失请求；纹理压缩存储L2单元(4)内部数据是按二维方式存储纹素的，即保持DDR中相同的纹素存储方式，L2Cache内部block大小为8192bit，分32组，可以实现16*16的二维方式存储，采用单端口单bank的Cache设计，映射方式为4路组相联方式，首先，当纹理压缩存储L2单元(4)接口服务函数检测到S3TC单元的缺失访问请求时，先锁存缺失请求信息，读取该请求携带的压缩纹素地址分量，与纹理压缩存储L2单元(4)内部Cache的Bank的标示索引TagIndex进行地址命中比较，如果地址命中，则将命中流水线的数据进行组合返回给纹理解压缩单元(3)，若请求地址不命中，L2Cache的更新会阻塞后续访问请求，将缺失的二维纹素地址进行线性地址转化成满足AXI总线访问DDR存储区的线性地址，向外部AXI总线发起访问DDR纹理存储区的请求，并循环检测AXI总线的应答请求，直到收到AXI总线的应答后，将请求结果通过与纹理解压缩单元(3)的接口服务函数返回给纹理解压缩单元(3)进行解压缩处理。