[发明专利]一种两级转换旁路缓冲的管理装置及方法

说明书

本发明涉及一种两级转换旁路缓冲的管理装置和方法，其中，请求记录模块用于记录当前命中二级转换旁路缓冲，但尚未将命中信息装入一级转换旁路缓冲的请求；二级转换旁路缓冲命中信息记录模块用于记录请求命中二级转换旁路缓冲的相关信息；所述请求比较模块用于对准备登记请求记录模块的请求与当前已登记的请求进行比较。方法包括：访存请求在不命中一级TLB时访问二级TLB，如果命中二级TLB，则分别使用请求记录模块和二级TLB命中信息记录模块记录请求的相关信息，并在一级TLB空闲时，将请求记录模块和二级TLB命中信息记录模块中缓存的虚实地址映射关系装入一级TLB。本发明能够以较小的硬件复杂度实现两级TLB的管理。

技术领域

本发明涉及中央处理器的微结构设计技术领域，特别是涉及一种两级转换旁路缓冲的管理装置及方法。

背景技术

在支持分页管理存储空间的微处理器中，大多使用转换旁路缓冲(TranslationLookaside Buffer，简称TLB)加速虚地址到物理地址的转换，TLB的每一个表项记录一个虚地址页面号与物理地址页框号的映射关系。为了提高TLB的覆盖率并兼顾存储空间管理的灵活性，现代微处理器一般会支持多种粒度的页面，因此，TLB一般设计为全相联的结构，每一个条目分为标记(Tag)和数据(Data)两部分，Tag部分一般存储虚地址的页面号、页面粒度等信息，Data部分一般存储对应物理地址的页框号以及相应地址空间的一些权限控制位。TLB的访问一般处于访问存储系统的关键路径上，在现代通用微处理器，特别是高性能微处理器中，其访问延迟直接影响了处理器的最高工作频率，因此，TLB的容量一般不会设置太大。

访问TLB的请求产生缺失时，需要存储管理单元(Memory Manage Unit，MMU)进行缺失异常处理，一般是通过访问内存中的页表，获取虚地址到物理地址的映射关系。现代操作系统将页表分多级管理，例如，linux系统中将页表分为三级或四级进行管理，相应地，MMU对TLB的缺失异常处理往往需要三次或者四次访存操作，因此，TLB缺失异常产生的系统开销是不容忽视的。采用容量较小的一级TLB，以及容量较大的二级TLB甚至容量更大的三级TLB等构成的多级TLB，是兼顾TLB访问延迟和命中率的有效方法，访问一级TLB具有较小的访问延迟，多级TLB组合形成的大容量TLB则能够有效提升对地址空间的覆盖率，减少TLB的缺失率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种两级转换旁路缓冲的管理装置及方法，能够以较小的硬件复杂度实现两级TLB的管理。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种两级转换旁路缓冲的管理装置，包括一级转换旁路缓冲、二级转换旁路缓冲、请求记录模块、请求比较模块和二级转换旁路缓冲命中信息记录模块，一级转换旁路缓冲采用全相联的组织结构，混合存放各种页面粒度的虚实地址映射关系；二级转换旁路缓冲包括小页模块和大页模块，所述小页模块用于存储最小粒度页面的虚实地址映射关系，采用组相联的组织结构；所述大页模块用于存储其他粒度页面的虚实地址映射关系，采用全相联的组织结构；所述请求记录模块用于记录当前命中二级转换旁路缓冲，但尚未将命中信息装入一级转换旁路缓冲的请求；所述二级转换旁路缓冲命中信息记录模块与所述请求记录模块相关联，用于记录请求命中二级转换旁路缓冲的相关信息；所述请求比较模块用于对准备登记请求记录模块的请求与当前已登记的请求进行比较。

所述请求记录模块记录的内容包括请求的有效位、请求所属的地址空间标记、请求访存的虚地址和请求对应的指令的相关信息。

所述二级转换旁路缓冲命中信息记录模块记录的内容包括命中二级转换旁路缓冲代换出的物理地址、对应页面的粒度及权限控制位、是否命中二级转换旁路缓冲大页模块、命中二级转换旁路缓冲大页模块的条目号、是否命中二级转换旁路缓冲小页模块、命中二级转换旁路缓冲小页模块的路号及索引地址。