[发明专利]一种多核处理器核间通信方法及其电路结构无效

专利信息
申请号: 201110089294.6 申请日: 2011-04-11
公开(公告)号: CN102141974A 公开(公告)日: 2011-08-03
发明(设计)人: 肖瑞瑾;尤凯迪;权衡;虞志益 申请(专利权)人: 复旦大学
主分类号: G06F15/163 分类号: G06F15/163
代理公司: 上海正旦专利代理有限公司 31200 代理人: 陆飞;盛志范
地址: 200433 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 多核 处理器 通信 方法 及其 电路 结构
【说明书】:

技术领域

发明属于高性能处理器技术领域,具体为一种适用于多核处理器的核间通信方法及其电路结构。

背景技术

自2000年以来,多核处理器出现了蓬勃发展的势头。在传统的单核处理器时钟不能进一步提高、深亚微米设计难度加大、半导体技术前进步伐放缓的情况下,多核处理器引起了设计者的极大重视。目前,市场上主流处理器几乎均为多核处理器架构。与传统的单核处理器相比,多核处理器并行计算能力更强,可扩展性与可配置性也更好,功耗水平也有一定的优势。多核处理器本质上是采用一定的网络拓扑结构将一定数量的微处理器联接起来,采用特定的路由算法负责不同微处理器之间的通信,以获得更好的并行计算能力。

从多核处理器网络拓扑结构来看,近几年片上网络架构(Network-on-Chip)有取代总线架构的趋势。但是在片上网络架构由于网络拓扑结构较为复杂,处理器核之间的数据通信效率不高,成为限制多核处理器性能提升的瓶颈。目前已经不少机构和个人针对核间通信方法提出了各自的解决方案,但仍未有最优方案的定论。

发明内容

本发明目的的在于提供了一种通信时间省、运算效率高的多核处理器核间通信方法及其电路结构。

本发明针对现有多核处理器核间通信方案中出现的一些问题和瓶颈,深入对多核处理器架构进行调研,提出了一种新的多核处理器核间通信方法及其电路结构。所述核间通信方法的核心思想是,通过对现有多核处理器架构中的寄存器电路模块进行功能性扩展,在该模块中添加多核处理器核间通信地址映射单元,从而能够通过访问寄存器地址实现对核间通信地址的访问,从而实现核间通信地址的快速访问和核间数据的快速交互。

本发明提出的多核处理器核间通信方法,具体为:

(1) 处理器核间通信通过扩展寄存器、先入先出队列与数据路由阵列三个电路模块实现,三个电路模块共同构成数据通信链路的三个层次;

(2) 扩展寄存器电路模块用于实现处理器功能电路模块与先入先出队列电路模块的数据通信,核间通信控制电路模块通过控制扩展寄存器电路模块和处理器功能电路模块的行为,实现两者之间的数据通信;这为数据通信链路的第一层次;

(3) 先入先出队列电路模块用于实现扩展寄存器电路模块与数据路由阵列电路模块之间的数据通信,该数据通信为跨时钟域数据通信,这为数据通信链路的第二层次;

(4) 数据路由阵列电路模块用于与其他处理器核的同类型模块互联,共同组成多核处理器数据互联网络,实现数据在网络上的交互,这为数据通信链路的第三层次;同时,该数据路由阵列电路模块与第二层次的先入先出队列电路模块进行数据交互,建立起完整的数据通信链路,实现多核处理器的核间通信。

上述多核处理器核间通信方法中,所述扩展寄存器电路模块,在传统寄存器电路结构基础上添加有多核处理器核间通信地址映射单元,该地址映射单元将核间通信数据写地址和数据读地址映射在寄存器单元地址上,从而通过访问寄存器地址实现核间通信,使得寄存器电路模块成为处理器功能电路模块与外部进行数据通信的媒介。

上述多核处理器核间通信方法中,所述地址映射单元,还用于核间通信的先入先出队列电路访问地址与寄存器单元地址绑定并实现映射。

本发明还提供实现上述多核处理器核间通信方法的电路结构。该电路结构包括四个主要电路模块和一个辅助电路模块。四个主要电路模块分别为处理器功能电路模块、扩展寄存器电路模块、先入先出队列电路模块与数据路由阵列电路模块,一个辅助电路模块为核间通信控制电路模块。电路结构分为三个数据链路层次,其中,处理器功能电路模块、扩展寄存器电路模块和核间通信控制电路模块属于该方法的数据链路第一层次,也是最低层次。先入先出队列电路模块属于该方法的数据链路第二层次。数据路由阵列电路模块则为该方法的数据链路第三层次,也是最高层次。

在该核间通信方法的三个数据链路层次中,只有第三层次能够实现不同处理器核间的数据交互。在多核处理器中,对于不同的处理器核而言,第一层次和第二层次均是各自独立不可互相访问的。不同核之间的数据通信需要处理器核将数据依次通过数据链路的第一层次、第二层次到达第三层次,然后由数据链路第三层次中的数据路由阵列电路模块与其他处理器核的对应模块进行通信。一个典型的核间数据发送接收过程是,甲处理器核将数据通过第一层次、第二层次发送给第三层次中的数据路由阵列电路模块,然后该电路模块将这个数据发送给乙处理器核中对应的第三层次中的数据路由阵列电路模块,然后乙处理器中的该电路模块将数据依次通过第二层次、第一层次传递给乙处理器功能电路模块,至此完成整个数据通信过程。

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