文档介绍：浙江大学
硕士学位论文
Manticore体系结构设计——面向嵌入式系统的异构多核处理器
体系结构
姓名:叶敏娇
申请学位级别:硕士
专业:计算机科学与技术
指导教师:陈天洲
20060501
摘要随着超大烧模集成电路嬲复杂挫按照麟尔定德飞速提高,单个处理器静性能瓣篱已经鬟这辍瓣,霞蘧纛论楚牲熊提嚣述蹩节麓诗舞,都离不开辩多孩体系缨瓣檬窝现筏笼骥器设谵孛蓑颧毪糍与效率稳琢瓣,我稍选择鑫毽戆效攀,舔“往拟蠹存窥逑怠⒃骄莅咎逑怠⒐难逯炊檀鱿怠㈣醇R凭变獭⒃郊豆鲔蔚技术的缺陷帮窀】在多棱辩代将面稽静圈滚,认为异檎多核是发展鹣必然趋势,处理器充分说明以性能效率煨优化为设计目标的异构多核处理器程嵌入式领域焚键字:多梭、异构多核、体系结构、并行计算构的考虑,多核处理器已缀成为计算机她理器体系结构发展的必然方向。多核体系络构分为同构多拔和异构多核。考虑到嵌入式系统中低功耗计算的能/逻辑门数髓”这一指标作为衡量处璎器优劣的标准。我们详细考察了当前商蚀能处理器设计和多核处理器设计的各种技术各自的利弊,反恩了备种复杂的虚因此我们面向嵌入式系统提如了一个取名为目衫┱褂钥膳渲玫囊构多核处理器体系。我嚣】在啻?7Ⅶ葜麇倔毫薓处理器,静捷出了一耱针对异橡多梭处理器的编译时任务调度肆航策略以配合慕峁固匦浴一定夫毒嫱谩
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主要内容处理器体系结构已经经历了几十年的发展,随着集成电路技术的不断进步,已经从单核体系演变到多核体系。自从岢鲋哪Χ梢岳矗处理器性能一直按照摩尔定律所预言的速度稳步提升,而体系形式则从单周期、多周期、流水线、超标量、ブ噶盍鞫嗍萘、超长流水线等一直发展到超线程⑵诙嗪,而且设计思路从只关注主频和运行速度发展到速度和能耗并重。随着晶体管密度不断提高,芯片的发热量也越来越大,并且晶体管的电流泄露也会越来越严重,于是散热和能耗问题阻止了晶体管密度进一步提高。并且随着单个处理器的复杂度越来越大、流水线级数不断增加、频率不断提高,在此基础上所做的进~步努力所能取得的回报越来越少,而能耗却随着频率的提升而进一步加剧。所以如果要继续让摩尔定律有效,必须另辟蹊径。如前所述,现在最被看好的方法,就是采用多核的技术。所谓多核,就是在一个处理器芯片里集成多个相对独立的处理单元,每个处理单元都能进行运算,这些处理单元称为核目前常见的多核处理器都是同构多核处理器,处理器内部各个核彼此对等。我们认为要最大限度提高处理器性能,并同时降低能耗,应该采用异构多核体系。为此,我们提出了一种面向异构多核处理器的编译时任务调度导航策略,并参考了投チ:涎兄频腃砥鱗攵郧度胧较统提出了一个可扩展和可配置的异构多核处理器体系,取名为街趾耍恢质峭ㄓ么淼ピ#С志ḿ虻腜指令集,因此称为碓<碢,其功能为负责常规应用程序指令的执行和任务调度。芄恢葱刑厝ㄖ噶睿普通执行状态和特权执行状态,从而支持操作系统在显诵校虼薖又称为主核;另一种核是针对多媒体、图形图像和高速网络设备等计算密集型应用而定制的专用处理单元,支持精简的矢量指令集,不支持特权指令,不区分不同权限的执行状态,从功能上来说是辅助写罅康脑怂悖虼称为辅助处理元件,即本文的章节安排如下:第拢罕尘敖樯埽鹗隽硕嗪颂逑档乃枷朐ㄔ春头⒄估獭第拢憾嗪讼喙丶际跤胙芯浚樯芰擞隡体系关系最为密切的技。。
术和现有研究成果。第拢篗体系结构设计,确定了纳杓颇勘旰投ㄎ唬析了影响面向嵌入式系统的多核处理器性能和效率的各种重要因素,比较了已有的多核处理器各自的优缺点,在权衡了各方面条件之后,给出奶系结构的具体设计方案,是本文工作的核心部分。第拢篗体系结构具体实现,详细介绍了砥鞯母飨具体实现内容。更详细的技术细节可以在附录和相关业乔标准的技术文档手册中找到。第拢篗处理器的实现平台。第拢鹤芙幔爬ㄗ芙崃吮疚囊淹瓿傻墓ぷ骱秃笮ぷ鳌最后是参考文献。
第卤尘敖樯摩尔定律的新发展年拢笔被故窍赏镜缱庸こ淌Φ哪Χ在《电子学》并且随着单个处理器的复杂度越来越大、流水线级数不断增加、频率不断度会超过核反应堆和火箭的推进器。但是从年春季开始若干多核桌蕊处理器的面世才正式宣告了多核时代的来杂志上发表文章预言,半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每年翻一番。年他又提出修正说,芯片上集成的晶体管数量将每两年翻一番。这就是著名的摩尔定律。如今摩尔定律的表述一般是,芯片上集成的晶体管数量将每个月翻一番。自从岢瞿Χ梢岳矗砥魈逑到峁挂丫思甘甑姆展,处理器性能一直按照摩尔定律所预言的速度依靠芯片晶体管密度的不断提高而稳步提升,而体系形式则从单周期、多周期、流水线、超标量、指令流多数据流⒊ち魉叩取狈⒄沟匠叱。但是如今这一路线遭遇到不可回避的障碍,那就是,随着晶体管密度不断提高,芯片的发热量也越来越大,并