可重构系统全局寄存器文件管理机制研究及实现

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新一代嵌入式应用对终端的性能、功耗、灵活性等方面提出了苛刻的要求。可重构系统由于结合了专用集成电路的高效性和通用处理器的灵活性而备受业界关注。可重构系统普遍具有着丰富的计算资源,然而,可重构阵列对其片内大容量存储器即全局寄存器文件的访问效率却难以满足阵列的计算需求。因此,设计高效的可重构系统全局寄存器文件管理机制对提高可重构阵列的数据吞吐效率,进而提高可重构系统的整体性能有着重要意义。  本文从提高访问效率与隐藏访问延时两方面出发,对可重构系统全局寄存器文件管理机制进行了设计。为了提高有效带宽,进而提高全局寄存器文件的访问效率,采用了并行存储系统以及非线性偏差地址交织策略。为了隐藏访问全局寄存器文件的延时,同时保证硬件改动对编译器的透明,研究了迭代的启动间隔与编译器调度结果的关系,并由此提出了可配置的访存队列机制C-DMQ,实现了阵列计算与访问全局寄存器文件的重叠执行。针对不存在写后读和写后写相关的流应用,在C-DMQ基础上提出了分立的访存队列机制,延后写请求的处理,优先处理读请求,进一步优化了隐藏访问延时的效果。  基于时钟周期精确的可重构系统模型October的仿真结果表明,与优化前相比,通过采用本文提出的全局寄存器文件管理机制,可以获得2倍以上的加速比。对本文所提出的可重构系统全局寄存器文件管理机制的一个设计实例的综合结果显示,当全局寄存器文件bank数为4时,本文所提出的方案的面积约占可重构系统面积的19.44%。与相关研究的对比表明,本文所提出的全局寄存器文件管理机制在付出一定的硬件开销的情况下,取得了更大的性能提升,并且其所有硬件改进对编译器完全透明。
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