多機(jī)系統(tǒng)下數(shù)據(jù)Cache的設(shè)計(jì).pdf

1、本論文的研究?jī)?nèi)容是“十五”國(guó)防預(yù)研課題(新一代戰(zhàn)斗機(jī)用32位微處理器設(shè)計(jì)技術(shù)研究)中的一部分，課題編號(hào)4130801010，目的是研究RISC微處理器的體系結(jié)構(gòu)和方法，設(shè)計(jì)兼容于PowerPC指令集的32位嵌入式微處理器。 本課題組設(shè)計(jì)完成的RISC微處理器“龍騰R2”芯片，指令系統(tǒng)和接口時(shí)序與Motorola公司的PowerPC750微處理器完全兼容，微體系結(jié)構(gòu)采用自主設(shè)計(jì)的技術(shù)路線。采用Top-Down設(shè)計(jì)方法，SMIC0.

2、18μm工藝庫(kù)，綜合結(jié)果小于4ns。整個(gè)微處理器選用AlteraEP1S80FPGA器件，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)微處理器的FPGA原型芯片，在此原型系統(tǒng)上已成功運(yùn)行了用戶提供的應(yīng)用程序。 在課題研究中，完成了其中存儲(chǔ)管理部件(MemoryManagementUnit，MMU)和Cache的設(shè)計(jì)驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上，對(duì)多處理器系統(tǒng)中的高速緩存一致性問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究，參考PowerPC750，提出了適用于“龍騰R2”微處理器的Cache一致性協(xié)

3、議——MEI偵聽協(xié)議，并將該協(xié)議應(yīng)用于“龍騰R2”微處理器。與其他類型的偵聽協(xié)議相對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果表明該協(xié)議可以有效的降低對(duì)總線的和存儲(chǔ)器的請(qǐng)求，極大的提高多機(jī)環(huán)境下處理器的性能。主要工作如下： 1.對(duì)高性能微處理器中的存儲(chǔ)管理和Cache組織控制方法進(jìn)行了系統(tǒng)研究，在研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了適應(yīng)PowerPC指令集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)管理單元和一級(jí)Cache，并應(yīng)用于“龍騰R2”微處理器中。經(jīng)仿真分析，其功能和PowerPC750完

4、全兼容。 2.研究了現(xiàn)行的解決高速緩存一致性的硬件實(shí)現(xiàn)方式，對(duì)他們進(jìn)行了定性的分析和比較，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了適用于“龍騰R2”微處理器的數(shù)據(jù)Cache一致性協(xié)議——MEI偵聽協(xié)議，并實(shí)現(xiàn)了偵聽控制，有效的解決了“龍騰R2”微處理器在多機(jī)系統(tǒng)下的高速緩存一致性問(wèn)題。 3.深入研究了目前流行的驗(yàn)證技術(shù)，總結(jié)出了一套適用于“龍騰R2”特征的驗(yàn)證方法。構(gòu)建仿真平臺(tái)，采用直接測(cè)試和隨機(jī)測(cè)試的方法完成了單處理器系統(tǒng)中存儲(chǔ)管理單元和C