[發明專利]一種多核共享SIMD協處理器的系統級模型構建方法

在審

• 申請號: 201410669796.X
• 申請日: 2014-11-20
• 公開（公告）號: CN104391821A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 郭煒;崔魯平;魏繼增
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F15/80
• 分類號: G06F15/80
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

技術領域

本發明涉及一種處理器的系統級模型。特別是涉及一種多核共享SIMD協處理器的系統級模型構建方法。

背景技術

SIMD(Single?Instruction?Multiple?Data)是一種實現數據級并行的技術，對多個數據執行相同的操作。SIMD技術的關鍵是在一條單獨的指令中同時執行多個運算操作，以增加處理器的吞吐量，這一特點使得SIMD技術特別適合于多媒體應用等數據密集型運算。現在主流的處理器都有其SIMD指令子集，如X86的MMX或SSE，ARM的NEON指令子集，PowerPC的Altivec指令子集等。在現代的多核處理器中，處理器上的每個核通常都會配有一個專屬的SIMD協處理器，也稱為Vector?Coprocessor(VP)。然而，由于其專屬屬性，當某一個核執行一個缺乏數據級并行性的程序時，該SIMD協處理器處于閑置狀態，而其他核可能正在執行有數據級并行性的程序，但只能使用屬于該核的SIMD協處理器，而不能使用其他閑置的SIMD協處理器，從而造成資源的浪費以及功耗的增加。

如圖1所示為傳統的體系結構，假設一個片上系統有4個核和4個VP，。在該結構中，每個VP都是專屬于某一個核，不能被其他核所共享。當某一個核沒有執行數據密集型的程序時，該VP處于閑置狀態，從而造成資源和功耗的浪費。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種能夠提高向量協處理器的資源利用率，降低系統功耗多核共享SIMD協處理器的系統級模型。

本發明所采用的技術方案是：一種多核共享SIMD協處理器的系統級模型構建方法，包括有片上系統，所述的片上系統上設置有n個核和n個向量協處理器，其中n為正偶數，所述的n個向量協處理器通過一個交叉開關與所述的n個核相連接，還設置有分別與所述的n個核、n個向量協處理器和交叉開關相連用于通過所述的交叉開關調度向量協處理器與所述的核連通的調度器，其中，所述的調度器是根據每個向量協處理器當前狀態來調度向量協處理器。

所述的每個向量協處理器是通過3個狀態寄存器來描述當前所處的狀態，其中，

第一狀態寄存器，用于描述所在的向量協處理器當前正在被n個核中的哪個核使用，或是沒有被任何一個核使用，當向量協處理器當前沒有被任何一個核使用，則設定為所述的向量協處理器處在空閑狀態，能夠由調度器來調度；

第二狀態寄存器，用于描述所在的向量協處理器當前是處于共享狀態還是處于專屬狀態，設定處于共享狀態的向量協處理器能夠被調度器調度，而處于專屬狀態的向量協處理器無法被調度器調度；

第三狀態寄存器，用于描述所在的向量協處理器在所處核中所有向量協處理器中的索引。

當一個核當前正在使用多個向量協處理器時，其中只有一個向量協處理器處于專屬狀態，其他向量協處理器則都是處于共享狀態。

片上系統在初始狀態時，每個向量協處理器都處在專屬狀態，其中第一個向量協處理器專屬于第一個核，第二個向量協處理器專屬于第二個核，依次類推，每個向量協處理器的索引都為0；向量協處理器由專屬狀態改變為共享狀態的條件是：使用所述向量協處理器的核主動讓出所述向量協處理器的使用權，此后所述向量協處理器由調度器來調度。

當n個核中的任一個核因執行有數據級并行性的程序需要更多的向量協處理器來參與運算，則所述的核需向調度器申請更多的向量協處理器，調度器運行一種負載均衡的調度算法，若當前有處在空閑狀態的向量協處理器，則調度器將所述的向量協處理器分配給正在申請的那個核，若當前沒有空閑的向量協處理器，但是有處在共享狀態的向量協處理器，則調度器根據當時情況依據負載均衡策略進行向量協處理器資源的重新分配。

本發明的一種多核共享SIMD協處理器的系統級模型構建方法，通過共享機制，顯著提高SIMD向量協處理器的資源利用率，降低系統功耗，在資源一定的情況下，任務完成的效率會更高。

附圖說明

圖1是傳統的片上系統結構；

圖2是采用本發明的方法構建的一個4核通過交叉開關共享4個VP的系統級模型；

圖3是一個調度示例。

圖中

1：核??????????????2：向量協處理器

3：交叉開關????????4：調度器

具體實施方式

下面結合實施例和附圖對本發明的一種多核共享SIMD協處理器的系統級模型構建方法做出詳細說明。