專利名稱：平衡負(fù)載與性能的硬件優(yōu)先級(jí)隊(duì)列實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硬件優(yōu)先級(jí)隊(duì)列設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種平衡負(fù)載與性能的硬 件優(yōu)先級(jí)隊(duì)列實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)今世界，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，將人類文明推向了一個(gè)新的高度，不僅在 科學(xué)與工程領(lǐng)域，人們的生活中，也有融入了越來(lái)越多的計(jì)算機(jī)設(shè)備。而在很
多嵌入式設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，優(yōu)先級(jí)隊(duì)列應(yīng)用的十分廣泛。由于硬件的速度 優(yōu)勢(shì)，用硬件實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，成為了許多要求快速隊(duì)列操作系統(tǒng)的選擇。許 多嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)，例如語(yǔ)音播放器等，需要快速的實(shí)體隊(duì)列響應(yīng)。許多要求 低延時(shí)，高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，例如實(shí)時(shí)語(yǔ)音交換系統(tǒng)，需要快速的網(wǎng)絡(luò)包隊(duì)列 收發(fā)保證。為了對(duì)這些實(shí)時(shí)要求高，要求調(diào)度迅速簡(jiǎn)單的實(shí)體或服務(wù)，優(yōu)先級(jí) 調(diào)度是其最佳的選擇方案之一，而直接用硬件實(shí)現(xiàn)的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，無(wú)疑是該類 系統(tǒng)性能提高的途徑之一，如何設(shè)計(jì)一個(gè)合理有效的硬件結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)隊(duì) 列，成為一個(gè)工程領(lǐng)域上研究的課題之一。
目前市場(chǎng)上已經(jīng)有許多嵌入式設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，帶有硬件優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，其 種類大致包括先進(jìn)先出隊(duì)列，并行移項(xiàng)隊(duì)列以及逐項(xiàng)傳遞隊(duì)列。
先進(jìn)先出隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，其根據(jù)不同的優(yōu)先級(jí)，分配目錄項(xiàng)，相同 優(yōu)先級(jí)的實(shí)體，將被放入同一目錄項(xiàng)中，目錄項(xiàng)位置靠前的表示優(yōu)先級(jí)高，實(shí) 體出隊(duì)列時(shí)，從位置靠前的目錄項(xiàng)開(kāi)始，按照先進(jìn)先出的策略出隊(duì)列。該種設(shè) 計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但是缺點(diǎn)是由于目錄項(xiàng)的個(gè)數(shù)以及目錄項(xiàng)內(nèi)部存放實(shí)體 信息個(gè)數(shù)一定，造成擴(kuò)展性差，不利于后續(xù)功能的擴(kuò)充。
并行移項(xiàng)隊(duì)列，充分利用了硬件并行能力強(qiáng)的特點(diǎn)，通過(guò)獨(dú)立的硬件單元， 同時(shí)比較所有的硬件單元與新實(shí)體的優(yōu)先級(jí)比較，進(jìn)行一定規(guī)則的平移實(shí)現(xiàn)優(yōu) 先級(jí)隊(duì)列。這種設(shè)計(jì)的硬件優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的優(yōu)點(diǎn)是速度快，硬件并行性與可擴(kuò)展 性好，但是缺點(diǎn)也十分明顯，由于需要同時(shí)將新實(shí)體信息傳遞到所有的硬件模 塊上，從VLSI角度分析，將造成硬件負(fù)載大的缺點(diǎn)，進(jìn)一步造成隊(duì)列的擴(kuò)展以 及操作的速度受到限制。
逐項(xiàng)傳遞優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，使用逐項(xiàng)比較的方法，新實(shí)體的優(yōu)先級(jí)僅僅與隊(duì)列 的第一項(xiàng)進(jìn)行比較，依次逐項(xiàng)傳遞，直到找到正確的位置。這種隊(duì)列很好的解決了并行移項(xiàng)隊(duì)列負(fù)載過(guò)大的缺點(diǎn)，但是由于需要逐項(xiàng)比較，造成了隊(duì)列性能 的下降，同時(shí)，逐項(xiàng)比較，需要在每個(gè)硬件單元里，插入暫存模塊，增加了硬
件資源的開(kāi)銷。
上述三種硬件優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)方式，各有優(yōu)缺點(diǎn)，如何設(shè)計(jì)一種硬件隊(duì) 列，既能夠發(fā)揮硬件并行與速度優(yōu)勢(shì)，提高性能，又能夠降低硬件負(fù)載，節(jié)省 硬件資源，成為了設(shè)計(jì)硬件優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的焦點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種平衡負(fù)載與性能的硬件優(yōu)先級(jí)隊(duì)列實(shí)現(xiàn)方法。 本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是
1. 一種平衡負(fù)載與性能的硬件優(yōu)先級(jí)隊(duì)列實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于-
1) 下層處理單元由若干目錄項(xiàng)組成
每個(gè)下層處理單元，由若干相同的目錄項(xiàng)組成，每個(gè)目錄項(xiàng)為一個(gè)硬件單 元，包括讀寫(xiě)口，控制信號(hào)以及實(shí)體信息輸入/輸出口。相鄰項(xiàng)之間，通過(guò)與數(shù) 據(jù)位寬相同的數(shù)據(jù)通路，以及一位寬的比較結(jié)果信號(hào)連接。每一項(xiàng)記錄了實(shí)體 信息，包括實(shí)體優(yōu)先級(jí)以及其他信息；
2) 下層處理單元新實(shí)體插入，按照并行移項(xiàng)隊(duì)列模式，采用并行比較的方 式實(shí)現(xiàn)
當(dāng)有新的實(shí)體到來(lái)時(shí)，該實(shí)體的實(shí)體信息將同時(shí)被傳送到每個(gè)目錄項(xiàng)的實(shí) 體輸入口，同時(shí)，控制信號(hào)告知每個(gè)目錄項(xiàng)有新實(shí)體到來(lái)。目錄項(xiàng)發(fā)現(xiàn)有新實(shí) 體到來(lái)時(shí)，立即比較自己當(dāng)前記錄的實(shí)體優(yōu)先級(jí)與新實(shí)體的優(yōu)先級(jí)，若新實(shí)體 的優(yōu)先級(jí)高于當(dāng)前記錄的實(shí)體，且上一級(jí)目錄項(xiàng)輸出的比較結(jié)果為新實(shí)體優(yōu)先 級(jí)高于其記錄的當(dāng)前實(shí)體，則本目錄項(xiàng)將上一級(jí)目錄項(xiàng)當(dāng)前實(shí)體信息記錄內(nèi)容 讀入，作為當(dāng)前實(shí)體信息，同時(shí)將原有實(shí)體信息，輸出到與下一級(jí)目錄項(xiàng)連接 的數(shù)據(jù)通路上，并且將自身比較結(jié)果輸出到比較結(jié)果信號(hào)上，作為下一級(jí)目錄 的輸入；若新實(shí)體的優(yōu)先級(jí)高于當(dāng)前記錄實(shí)體，且上一級(jí)目錄項(xiàng)輸出的比較結(jié) 果為新實(shí)體優(yōu)先級(jí)低于其記錄的當(dāng)前實(shí)體，則本目錄項(xiàng)將新實(shí)體信息讀入，作 為當(dāng)前實(shí)體信息，同時(shí)將原有實(shí)體信息，輸出到與下一級(jí)目錄項(xiàng)連接的數(shù)據(jù)通 路上，并且將自身比較結(jié)果輸出到比較結(jié)果信號(hào)上，作為下一級(jí)目錄項(xiàng)的輸入;
若新實(shí)體優(yōu)先級(jí)低于當(dāng)前記錄實(shí)體，則保持原有實(shí)體信息不變，同時(shí)將自身比 較結(jié)果輸出到比較結(jié)果信號(hào)上，作為下一級(jí)目錄項(xiàng)的輸入。 一次插入操作，總
共需要的周期數(shù)為3拍，第一拍輸入新實(shí)體，第二拍產(chǎn)生比較結(jié)果，第三拍， 根據(jù)比較結(jié)果，整個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列進(jìn)行上述規(guī)則的平移，以達(dá)到優(yōu)先級(jí)的順序排列；
3) 上層隊(duì)列由傳遞優(yōu)先級(jí)模型實(shí)現(xiàn)，每個(gè)上層隊(duì)列，包括了一個(gè)的下層處
理單元，上層隊(duì)列之間，按照優(yōu)先級(jí)，順序排列
上層隊(duì)列按照傳遞優(yōu)先級(jí)模型實(shí)現(xiàn)，每一級(jí)之間，由數(shù)據(jù)通路，控制信號(hào)， 連接，且按照優(yōu)先級(jí)高低順序排列。其內(nèi)部為一個(gè)下層處理單元；
4) 上層隊(duì)列之間的實(shí)體傳遞，發(fā)生在前一級(jí)上層隊(duì)列內(nèi)部下層處理單元的 目錄項(xiàng)耗盡時(shí)
當(dāng)新實(shí)體需要插入時(shí)，若新實(shí)體插入位置的下層處理單元中，優(yōu)先級(jí)隊(duì)列 目錄項(xiàng)未滿，則按照上文中提到的下層處理單元新實(shí)體插入方法插入，上層隊(duì) 列之間無(wú)須任何動(dòng)作。當(dāng)新實(shí)體插入位置的下層處理單元中，優(yōu)先級(jí)隊(duì)列目錄 項(xiàng)己滿，則需要在上層隊(duì)列之間傳遞實(shí)體信息，此時(shí)，將新實(shí)體插入需要插入 的位置，同時(shí)，將溢出隊(duì)列的最低優(yōu)先級(jí)的目錄項(xiàng)，遷移到下一級(jí)上層隊(duì)列中。 實(shí)體信息以及控制信號(hào)由當(dāng)前上層隊(duì)列輸出，下一級(jí)上層隊(duì)列收到信號(hào)，其內(nèi) 部下層處理單元幵始新實(shí)體的插入，若下層處理單元的目錄項(xiàng)未滿，則插入成
功，操作停止；若由于下層處理單元的目錄項(xiàng)已滿，則需要繼續(xù)與再下一級(jí)的 上層隊(duì)列發(fā)生實(shí)體傳遞，依次進(jìn)行，直到操作停止；
5) 整條優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，由1條或多條上層隊(duì)列組成
整條優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，由1條或多條上層隊(duì)列，按照優(yōu)先級(jí)順序，串聯(lián)而成， 各個(gè)上層隊(duì)列內(nèi)，包括了一個(gè)下層處理單元，下層處理單元，包括了多個(gè)目錄 項(xiàng)。
6) 常數(shù)時(shí)間的最高優(yōu)先級(jí)實(shí)體出隊(duì)列
最高優(yōu)先級(jí)的實(shí)體信息，總是存放在最高級(jí)上層隊(duì)列中的下層處理單元最 高級(jí)目錄項(xiàng)中，當(dāng)該實(shí)體出隊(duì)列時(shí)，所有后續(xù)的目錄項(xiàng)向上級(jí)平移，上層隊(duì)列 直接，下一級(jí)上層隊(duì)列中的最高優(yōu)先級(jí)目錄項(xiàng)將被遷移到上一級(jí)的上層隊(duì)列中， 完成這一過(guò)程所需要的時(shí)間為常數(shù)；
7) 平衡負(fù)載與性能的優(yōu)先級(jí)目錄插入-
當(dāng)新實(shí)體插入時(shí)，由于其只需送給第一級(jí)上層隊(duì)列中下層處理單元的所有 目錄項(xiàng)，因此負(fù)載較同時(shí)送給整條隊(duì)列的情況降低；同時(shí)，實(shí)體的插入，采用 了局部并行比較多方法，較傳遞優(yōu)先級(jí)方式，節(jié)省了比較傳遞的時(shí)間以及諸項(xiàng) 比較所需的暫存硬件資源，性能上得到了提升。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益的效果是
該設(shè)計(jì)是一種結(jié)合了并行移項(xiàng)隊(duì)列硬件并行性優(yōu)勢(shì)，以及逐項(xiàng)比較隊(duì)列負(fù)載小的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)并行移項(xiàng)與逐項(xiàng)比較相互結(jié)合的方法，設(shè)計(jì)硬件優(yōu)先級(jí)隊(duì)列， 從而達(dá)到平衡負(fù)載與性能的特點(diǎn)。
(1) 模塊化設(shè)計(jì)，使得優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的擴(kuò)展性好，無(wú)論是需要增加優(yōu)先級(jí)還 是增加目錄項(xiàng)，都相對(duì)獨(dú)立，無(wú)須改變整個(gè)隊(duì)列的結(jié)構(gòu)。
(2) 利用下層處理單元的并行移項(xiàng)隊(duì)列，提高了優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的并行性以及 響應(yīng)速度。
(3) 利用上層隊(duì)列的逐項(xiàng)傳遞隊(duì)列，使得新實(shí)體的插入，僅僅需要與第一
級(jí)的上層隊(duì)列中所有目錄項(xiàng)進(jìn)行比較，降低了負(fù)載。


圖l是上層隊(duì)列示意圖。
圖2是下層處理單元圖。 具體實(shí)施方法
方法中涉及到相關(guān)的符號(hào)解釋
Compare^:實(shí)體輸入端口與當(dāng)前記錄的比較結(jié)果，其值為0 (Low)表示當(dāng) 前輸入實(shí)體優(yōu)先級(jí)高于當(dāng)前記錄優(yōu)先級(jí)，或1 (High)表示當(dāng)前輸入實(shí)體優(yōu)先級(jí) 低于或等于當(dāng)前目錄項(xiàng)中的實(shí)體優(yōu)先級(jí)。
Comparer目錄項(xiàng)上一級(jí)目錄項(xiàng)的比較結(jié)果，其值為1 (High)表示當(dāng)前 輸入實(shí)體優(yōu)先級(jí)高于上一級(jí)目錄項(xiàng)中實(shí)體的優(yōu)先級(jí)，或0 (Low)表示當(dāng)前輸入 實(shí)體優(yōu)先級(jí)低于或等于上一級(jí)目錄項(xiàng)中的實(shí)體優(yōu)先級(jí)。
一種平衡負(fù)載與性能的硬件優(yōu)先級(jí)隊(duì)列實(shí)現(xiàn)方法，其總體結(jié)構(gòu)是由若干個(gè)上 層隊(duì)列按照優(yōu)先級(jí)順序串連組成，每個(gè)上層隊(duì)列中，有一個(gè)下層處理單元，該 單元由若干目錄項(xiàng)組成，目錄項(xiàng)采用并行移項(xiàng)隊(duì)列方式實(shí)現(xiàn)。平衡負(fù)載與性能 的隊(duì)列框圖如圖l所示。圖2為下層處理單元內(nèi)部框圖。目錄項(xiàng)與下層處理單 元的數(shù)量根據(jù)硬件資源與具體使用需求決定，操作關(guān)鍵步驟如下
1) 下層處理單元由若干目錄項(xiàng)組成
每個(gè)下層處理單元，由若干相同的目錄項(xiàng)組成，每個(gè)目錄項(xiàng)為一個(gè)硬件單 元，包括讀寫(xiě)口，控制信號(hào)以及實(shí)體信息輸入/輸出口。相鄰項(xiàng)之間，通過(guò)與數(shù) 據(jù)位寬相同的數(shù)據(jù)通路，以及一位寬的比較結(jié)果信號(hào)連接。每一項(xiàng)記錄了實(shí)體
信息，包括實(shí)體優(yōu)先級(jí)以及其他信息；
2) 下層處理單元新實(shí)體插入，按照并行移項(xiàng)隊(duì)列模式，采用并行比較的方 式實(shí)現(xiàn)
上層隊(duì)列與下層處理單元的初始化，首先將各個(gè)上層隊(duì)列，串行連接，排在隊(duì)列首部的，為最高級(jí)的上層隊(duì)列。每個(gè)的下層處理單元中，目錄項(xiàng)均置于 無(wú)效狀態(tài)，表示目錄項(xiàng)為空，為空的目錄項(xiàng)是特殊的目錄項(xiàng)，其與實(shí)體優(yōu)先級(jí)
的比較結(jié)果Compare^均為0。當(dāng)有新的實(shí)體到來(lái)時(shí)，該實(shí)體的實(shí)體信息將同時(shí) 被傳送到每個(gè)目錄項(xiàng)的實(shí)體輸入口，同時(shí)，控制信號(hào)告知每個(gè)目錄項(xiàng)有新實(shí)體 到來(lái)。目錄項(xiàng)發(fā)現(xiàn)有新實(shí)體到來(lái)時(shí)，立即比較自己當(dāng)前記錄的實(shí)體優(yōu)先級(jí)與新 實(shí)體的優(yōu)先級(jí)，若新實(shí)體的優(yōu)先級(jí)高于當(dāng)前記錄的實(shí)體，且上一級(jí)目錄項(xiàng)輸出 的比較結(jié)果為新實(shí)體優(yōu)先級(jí)高于其記錄的當(dāng)前實(shí)體，則本目錄項(xiàng)將上一級(jí)目錄 項(xiàng)當(dāng)前實(shí)體信息記錄內(nèi)容讀入，作為當(dāng)前實(shí)體信息，同時(shí)將原有實(shí)體信息，輸 出到與下一級(jí)目錄項(xiàng)連接的數(shù)據(jù)通路上，并且將自身比較結(jié)果輸出到比較結(jié)果 信號(hào)上，作為下一級(jí)目錄的輸入；若新實(shí)體的優(yōu)先級(jí)高于當(dāng)前記錄實(shí)體，且上 一級(jí)目錄項(xiàng)輸出的比較結(jié)果為新實(shí)體優(yōu)先級(jí)低于其記錄的當(dāng)前實(shí)體，則本目錄 項(xiàng)將新實(shí)體信息讀入，作為當(dāng)前實(shí)體信息，同時(shí)將原有實(shí)體信息，輸出到與下 一級(jí)目錄項(xiàng)連接的數(shù)據(jù)通路上，并且將自身比較結(jié)果輸出到比較結(jié)果信號(hào)上， 作為下一級(jí)目錄項(xiàng)的輸入；若新實(shí)體優(yōu)先級(jí)低丁當(dāng)前記錄實(shí)體，則保持原有實(shí) 體信息不變，同時(shí)將自身比較結(jié)果輸出到比較結(jié)果信號(hào)上，作為下一級(jí)目錄項(xiàng) 的輸入。 一次插入操作，總共需要的周期數(shù)為3拍，第一拍輸入新實(shí)體，第二 拍產(chǎn)生比較結(jié)果，第三拍，根據(jù)比較結(jié)果，整個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列進(jìn)行上述規(guī)則的平 移，以達(dá)到優(yōu)先級(jí)的順序排列。具體比較過(guò)程，其實(shí)體信息與優(yōu)先級(jí)將被送到 最高級(jí)的上層隊(duì)列中，上層隊(duì)列中的下層處理單元將其并行的輸入到其內(nèi)部的 目錄項(xiàng)，進(jìn)行并行的比較。每個(gè)目錄項(xiàng)獨(dú)立比較自身記錄實(shí)體的優(yōu)先級(jí)與輸入 實(shí)體的優(yōu)先級(jí)，得到Comparese,f,結(jié)合從上一級(jí)目錄項(xiàng)得到的Compare^值，按 照下述規(guī)則進(jìn)行移項(xiàng)當(dāng)Compare-:0并且Compare她O，表示輸入實(shí)體已 經(jīng)在上一級(jí)目錄項(xiàng)前插入，則當(dāng)前目錄項(xiàng)從上一級(jí)目錄項(xiàng)讀入其記錄的實(shí)體信 息，作為當(dāng)前目錄項(xiàng)的實(shí)體信息，同時(shí)，將原有實(shí)體信息輸出到與下一級(jí)目錄 項(xiàng)連接的數(shù)據(jù)通路上；當(dāng)Compare^尸0并且CompareM-1，表示新實(shí)體應(yīng)該 在當(dāng)前位置插入，則當(dāng)前目錄項(xiàng)將新實(shí)體信息作為當(dāng)前信息記錄，同時(shí)將原有 實(shí)體信息輸出到與下一級(jí)目錄項(xiàng)連接的數(shù)據(jù)通路上；當(dāng)C0mpareself= 1時(shí)，表示 新實(shí)體應(yīng)該在當(dāng)前目錄項(xiàng)的后續(xù)目錄中插入，因此，當(dāng)前目錄項(xiàng)保持不變。各 個(gè)目錄項(xiàng)之間并行操作。
3)上層隊(duì)列由傳遞優(yōu)先級(jí)模型實(shí)現(xiàn)，每個(gè)上層隊(duì)列，包括了一個(gè)的下層處 理單元，上層隊(duì)列之間，按照優(yōu)先級(jí)，順序排列
上層隊(duì)列按照傳遞優(yōu)先級(jí)模型實(shí)現(xiàn)，每一級(jí)之間，由數(shù)據(jù)通路，控制信號(hào)，連接，且按照優(yōu)先級(jí)高低順序排列。其內(nèi)部為一個(gè)下層處理單元；
4) 上層隊(duì)列之間的實(shí)體傳遞，發(fā)生在前一級(jí)上層隊(duì)列內(nèi)部下層處理單元的 目錄項(xiàng)耗盡時(shí)
當(dāng)新實(shí)體需要插入時(shí)，若新實(shí)體插入位置的下層處理單元中，優(yōu)先級(jí)隊(duì)列 目錄項(xiàng)未滿，則按照上文中提到的下層處理單元新實(shí)體插入方法插入，上層隊(duì) 列之間無(wú)須任何動(dòng)作。當(dāng)新實(shí)體插入位置的下層處理單元中，優(yōu)先級(jí)隊(duì)列目錄 項(xiàng)已滿，則需要在上層隊(duì)列之間傳遞實(shí)體信息，此時(shí)，將新實(shí)體插入需要插入 的位置，同時(shí)，將溢出隊(duì)列的最低優(yōu)先級(jí)的目錄項(xiàng)，遷移到下一級(jí)上層隊(duì)列中。 實(shí)體信息以及控制信號(hào)由當(dāng)前上層隊(duì)列輸出，下一級(jí)上層隊(duì)列收到信號(hào)，其內(nèi) 部下層處理單元開(kāi)始新實(shí)體的插入，若下層處理單元的目錄項(xiàng)未滿，則插入成 功，操作停止；若由于下層處理單元的目錄項(xiàng)已滿，則需要繼續(xù)與再下一級(jí)的 上層隊(duì)列發(fā)生實(shí)體傳遞，依次進(jìn)行，直到操作停止；
5) 整條優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，由若干上層隊(duì)列組成
整條優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，由若干上層隊(duì)列，按照優(yōu)先級(jí)順序，串聯(lián)而成，各個(gè)上 層隊(duì)列內(nèi)，包括了一個(gè)下層處理單元，下層處理單元，包括了若干目錄項(xiàng)。
6) 常數(shù)時(shí)間的最高優(yōu)先級(jí)實(shí)體出隊(duì)列
最高優(yōu)先級(jí)的實(shí)體信息，總是存放在最高級(jí)上層隊(duì)列中的下層處理單元最 高級(jí)目錄項(xiàng)中，當(dāng)該實(shí)體出隊(duì)列時(shí)，所有后續(xù)的目錄項(xiàng)向上級(jí)平移，上層隊(duì)列 直接，下一級(jí)上層隊(duì)列中的最高優(yōu)先級(jí)目錄項(xiàng)將被遷移到上一級(jí)的上層隊(duì)列中，
完成這一過(guò)程所需要的時(shí)間為常數(shù)；最高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列出隊(duì)列具體實(shí)施時(shí)，只需 將最高級(jí)上層隊(duì)列中最高級(jí)的目錄項(xiàng)輸出，則得到了最高優(yōu)先級(jí)的實(shí)體信息， 同時(shí)，控制信號(hào)發(fā)出到所有上層隊(duì)列，使下層處理單元告訴所有目錄項(xiàng)，向高 優(yōu)先級(jí)方向平移一個(gè)目錄項(xiàng)，上層隊(duì)列之間，由低優(yōu)先級(jí)向高優(yōu)先級(jí)方向遷移。
7) 平衡負(fù)載與性能的優(yōu)先級(jí)目錄插入
當(dāng)新實(shí)體插入時(shí)，由于其只需送給第一級(jí)上層隊(duì)列中下層處理單元的所有目
錄項(xiàng)，因此負(fù)載較同時(shí)送給整條隊(duì)列的情況降低；同時(shí)，實(shí)體的插入，采用了 局部并行比較多方法，較傳遞優(yōu)先級(jí)方式，節(jié)省了比較傳遞的時(shí)間以及諸項(xiàng)比 較所需的暫存硬件資源，性能上得到了提升。
權(quán)利要求
1. 一種平衡負(fù)載與性能的硬件優(yōu)先級(jí)隊(duì)列實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于1)下層處理單元由若干目錄項(xiàng)組成每個(gè)下層處理單元，由若干相同的目錄項(xiàng)組成，每個(gè)目錄項(xiàng)為一個(gè)硬件單元，包括讀寫(xiě)口，控制信號(hào)以及實(shí)體信息輸入/輸出口。相鄰項(xiàng)之間，通過(guò)與數(shù)據(jù)位寬相同的數(shù)據(jù)通路，以及一位寬的比較結(jié)果信號(hào)連接。每一項(xiàng)記錄了實(shí)體信息，包括實(shí)體優(yōu)先級(jí)以及其他信息；2)下層處理單元新實(shí)體插入，按照并行移項(xiàng)隊(duì)列模式，采用并行比較的方式實(shí)現(xiàn)當(dāng)有新的實(shí)體到來(lái)時(shí)，該實(shí)體的實(shí)體信息將同時(shí)被傳送到每個(gè)目錄項(xiàng)的實(shí)體輸入口，同時(shí)，控制信號(hào)告知每個(gè)目錄項(xiàng)有新實(shí)體到來(lái)。目錄項(xiàng)發(fā)現(xiàn)有新實(shí)體到來(lái)時(shí)，立即比較自己當(dāng)前記錄的實(shí)體優(yōu)先級(jí)與新實(shí)體的優(yōu)先級(jí)，若新實(shí)體的優(yōu)先級(jí)高于當(dāng)前記錄的實(shí)體，且上一級(jí)目錄項(xiàng)輸出的比較結(jié)果為新實(shí)體優(yōu)先級(jí)高于其記錄的當(dāng)前實(shí)體，則本目錄項(xiàng)將上一級(jí)目錄項(xiàng)當(dāng)前實(shí)體信息記錄內(nèi)容讀入，作為當(dāng)前實(shí)體信息，同時(shí)將原有實(shí)體信息，輸出到與下一級(jí)目錄項(xiàng)連接的數(shù)據(jù)通路上，并且將自身比較結(jié)果輸出到比較結(jié)果信號(hào)上，作為下一級(jí)目錄的輸入；若新實(shí)體的優(yōu)先級(jí)高于當(dāng)前記錄實(shí)體，且上一級(jí)目錄項(xiàng)輸出的比較結(jié)果為新實(shí)體優(yōu)先級(jí)低于其記錄的當(dāng)前實(shí)體，則本目錄項(xiàng)將新實(shí)體信息讀入，作為當(dāng)前實(shí)體信息，同時(shí)將原有實(shí)體信息，輸出到與下一級(jí)目錄項(xiàng)連接的數(shù)據(jù)通路上，并且將自身比較結(jié)果輸出到比較結(jié)果信號(hào)上，作為下一級(jí)目錄項(xiàng)的輸入；若新實(shí)體優(yōu)先級(jí)低于當(dāng)前記錄實(shí)體，則保持原有實(shí)體信息不變，同時(shí)將自身比較結(jié)果輸出到比較結(jié)果信號(hào)上，作為下一級(jí)目錄項(xiàng)的輸入。一次插入操作，總共需要的周期數(shù)為3拍，第一拍輸入新實(shí)體，第二拍產(chǎn)生比較結(jié)果，第三拍，根據(jù)比較結(jié)果，整個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列進(jìn)行上述規(guī)則的平移，以達(dá)到優(yōu)先級(jí)的順序排列；3)上層隊(duì)列由傳遞優(yōu)先級(jí)模型實(shí)現(xiàn)，每個(gè)上層隊(duì)列，包括了一個(gè)的下層處理單元，上層隊(duì)列之間，按照優(yōu)先級(jí)，順序排列上層隊(duì)列按照傳遞優(yōu)先級(jí)模型實(shí)現(xiàn)，每一級(jí)之間，由數(shù)據(jù)通路，控制信號(hào)，連接，且按照優(yōu)先級(jí)高低順序排列。其內(nèi)部為一個(gè)下層處理單元；4)上層隊(duì)列之間的實(shí)體傳遞，發(fā)生在前一級(jí)上層隊(duì)列內(nèi)部下層處理單元的目錄項(xiàng)耗盡時(shí)當(dāng)新實(shí)體需要插入時(shí)，若新實(shí)體插入位置的下層處理單元中，優(yōu)先級(jí)隊(duì)列目錄項(xiàng)未滿，則按照上文中提到的下層處理單元新實(shí)體插入方法插入，上層隊(duì)列之間無(wú)須任何動(dòng)作。當(dāng)新實(shí)體插入位置的下層處理單元中，優(yōu)先級(jí)隊(duì)列目錄項(xiàng)已滿，則需要在上層隊(duì)列之間傳遞實(shí)體信息，此時(shí)，將新實(shí)體插入需要插入的位置，同時(shí)，將溢出隊(duì)列的最低優(yōu)先級(jí)的目錄項(xiàng)，遷移到下一級(jí)上層隊(duì)列中。實(shí)體信息以及控制信號(hào)由當(dāng)前上層隊(duì)列輸出，下一級(jí)上層隊(duì)列收到信號(hào)，其內(nèi)部下層處理單元開(kāi)始新實(shí)體的插入，若下層處理單元的目錄項(xiàng)未滿，則插入成功，操作停止；若由于下層處理單元的目錄項(xiàng)已滿，則需要繼續(xù)與再下一級(jí)的上層隊(duì)列發(fā)生實(shí)體傳遞，依次進(jìn)行，直到操作停止；5)整條優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，由1條或多條上層隊(duì)列組成整條優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，由1條或多條上層隊(duì)列，按照優(yōu)先級(jí)順序，串聯(lián)而成，各個(gè)上層隊(duì)列內(nèi)，包括了一個(gè)下層處理單元，下層處理單元，包括了多個(gè)目錄項(xiàng)。6)常數(shù)時(shí)間的最高優(yōu)先級(jí)實(shí)體出隊(duì)列最高優(yōu)先級(jí)的實(shí)體信息，總是存放在最高級(jí)上層隊(duì)列中的下層處理單元最高級(jí)目錄項(xiàng)中，當(dāng)該實(shí)體出隊(duì)列時(shí)，所有后續(xù)的目錄項(xiàng)向上級(jí)平移，上層隊(duì)列直接，下一級(jí)上層隊(duì)列中的最高優(yōu)先級(jí)目錄項(xiàng)將被遷移到上一級(jí)的上層隊(duì)列中，完成這一過(guò)程所需要的時(shí)間為常數(shù)；7)平衡負(fù)載與性能的優(yōu)先級(jí)目錄插入當(dāng)新實(shí)體插入時(shí)，由于其只需送給第一級(jí)上層隊(duì)列中下層處理單元的所有目錄項(xiàng)，因此負(fù)載較同時(shí)送給整條隊(duì)列的情況降低；同時(shí)，實(shí)體的插入，采用了局部并行比較多方法，較傳遞優(yōu)先級(jí)方式，節(jié)省了比較傳遞的時(shí)間以及諸項(xiàng)比較所需的暫存硬件資源，性能上得到了提升；
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種平衡負(fù)載與性能的硬件優(yōu)先級(jí)隊(duì)列實(shí)現(xiàn)方法。是通過(guò)結(jié)合兩種當(dāng)前硬件優(yōu)先級(jí)隊(duì)列較為普遍的實(shí)現(xiàn)方法平移型硬件優(yōu)先級(jí)隊(duì)列以及傳遞行硬件優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，解決了負(fù)載與性能的矛盾問(wèn)題，充分發(fā)揮了硬件并行化的性能優(yōu)勢(shì)以及減少了并行化所帶來(lái)的負(fù)載增加問(wèn)題。本發(fā)明采樣模塊化設(shè)計(jì)，使得優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的擴(kuò)展性好，無(wú)論是需要增加優(yōu)先級(jí)還是增加目錄項(xiàng)，都相對(duì)獨(dú)立，無(wú)須改變整個(gè)隊(duì)列的結(jié)構(gòu)。利用下層處理單元的并行移項(xiàng)隊(duì)列，提高了優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的并行性以及響應(yīng)速度。利用上層隊(duì)列的逐項(xiàng)傳遞隊(duì)列，使得新實(shí)體的插入，僅僅需要與第一級(jí)的上層隊(duì)列中所有目錄項(xiàng)進(jìn)行比較，降低了負(fù)載。
文檔編號(hào)G06F9/46GK101419562SQ20081016290
公開(kāi)日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2008年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月4日
發(fā)明者馮德貴, 吳斌斌, 罡 王, 威 胡, 度 陳, 陳天洲 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)