多線索處理器關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、多線索技術(shù)正在成為處理器設(shè)計(jì)領(lǐng)域的主流技術(shù)。傳統(tǒng)多線索技術(shù)具有隱藏指令延遲的功能，并行多線索技術(shù)在此基礎(chǔ)上，繼承了超標(biāo)量處理器多取指、多發(fā)射、推測(cè)式執(zhí)行、亂序執(zhí)行等特點(diǎn)。與傳統(tǒng)處理器技術(shù)相較，多線索處理器技術(shù)能更充分地利用處理器資源，提高系統(tǒng)的性能。由于目前多線索處理器每周期執(zhí)行的平均指令數(shù)與處理器所能提供的發(fā)射和執(zhí)行帶寬相比仍有較大的差距，處理器資源的有效利用率仍有較大的提升空間，如何提高資源的有效利用率和系統(tǒng)性能是多線索技術(shù)設(shè)計(jì)亟待

2、解決的關(guān)鍵問(wèn)題。隨著嵌入式處理器的廣泛應(yīng)用及對(duì)性能要求的日益增長(zhǎng)，將高性能、低硬件附加開銷的多線索結(jié)構(gòu)應(yīng)用于嵌入式領(lǐng)域，解決其關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是很有潛力的研發(fā)方向，也是多線索結(jié)構(gòu)應(yīng)用方面的關(guān)鍵問(wèn)題。本文將從這些方面進(jìn)行研究。
　　分支指令誤預(yù)測(cè)導(dǎo)致的額外指令開銷是影響處理器資源有效利用率的主要問(wèn)題。在多線索處理器中線索調(diào)度方法與系統(tǒng)資源的利用方式有緊密聯(lián)系。傳統(tǒng)的線索調(diào)度算法僅偏重考慮系統(tǒng)資源的利用率或指令流的有效性而沒有兼顧二者。為

3、了達(dá)到保證系統(tǒng)高性能的同時(shí)減少無(wú)效指令的目的，本文提出了將分支指令預(yù)測(cè)、分支預(yù)測(cè)可信度評(píng)估和傳統(tǒng)高效取指方法相結(jié)合的調(diào)度策略，該策略能夠較大地降低流水線中無(wú)用指令的比率，能夠保持或提高處理器的性能，提高資源的有效利用率，節(jié)省功耗。
　　多線索技術(shù)通過(guò)線索切換隱藏指令延遲。線索切換策略對(duì)切換效率有重要影響。線索切換信息傳達(dá)的及時(shí)性對(duì)系統(tǒng)的性能有直接的影響；切換信息的表達(dá)和處理方式對(duì)線索切換策略使用是否靈活、實(shí)現(xiàn)是否簡(jiǎn)單也有重要影響。

4、本文設(shè)計(jì)了一種支持顯式線索切換指令的線索切換機(jī)制。該策略通過(guò)取指緩沖和譯碼機(jī)制的改進(jìn)，具有使用方便、無(wú)額外流水線周期、不加長(zhǎng)流水線周期和附加硬件開銷小的特點(diǎn)。線索切換的實(shí)現(xiàn)需要轉(zhuǎn)移硬件上下文的控制權(quán)，雖然前述方法消除了線索切換的額外時(shí)間開銷，但是依然會(huì)有能量開銷；為了避免線索非必要的頻繁切換，本文提出了結(jié)合分支預(yù)測(cè)可信度評(píng)估的無(wú)縫顯式線索切換機(jī)制，在考慮性能指標(biāo)的同時(shí)減少線索切換次數(shù)，節(jié)省能量開銷。
　　在更充分的開發(fā)可并行指令的

5、同時(shí)，多線索結(jié)構(gòu)加劇了線索對(duì)存儲(chǔ)資源的競(jìng)爭(zhēng)，單一的存儲(chǔ)分配策略不能適應(yīng)新情況的要求，單純?cè)黾哟鎯?chǔ)資源大小勢(shì)必降低資源利用率。本文提出了分布共享混合式的Cache動(dòng)態(tài)分配策略，在多線索條件下提高Cache命中率，有效地利用Cache資源。
　　隨著嵌入式處理器應(yīng)用領(lǐng)域的迅速擴(kuò)展，更多復(fù)雜的程序在嵌入式處理器上執(zhí)行，高性能繼低功耗和小存儲(chǔ)尺寸之后成為嵌入式處理器設(shè)計(jì)的新目標(biāo)。由于多線索處理器技術(shù)具有高性能和附加硬件開銷小的特點(diǎn)，本文將