專利名稱：用于多核處理器的硬件鎖實(shí)現(xiàn)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多核微處理器設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種用于多核處理器的硬件鎖實(shí)現(xiàn)方法及裝置。
背景技術(shù)：
鎖同步是軟件系統(tǒng)中多個(gè)任務(wù)間廣泛使用的同步方法，而且現(xiàn)代軟件對(duì)鎖的訪問頻度很高，因此提高鎖的訪問效率，對(duì)于提高軟件性能具有較大的好處。硬件鎖通常是現(xiàn)代微處理器中提高鎖訪問效率的常用手段之一。硬件鎖通常擁有一定容量的集成在處理器內(nèi)的存儲(chǔ)單元，訪問速度快，而且與Cache等多層次存儲(chǔ)系統(tǒng)隔離，因此避免了頻繁的Cache失效、替換等操作，故相比利用存儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的軟件鎖，硬件鎖擁有更高的訪問效率。硬件鎖的存儲(chǔ)是集中式的，在處理器中位于一個(gè)固定的位置。在現(xiàn)代多核微處理 器中，受物理布局和體系結(jié)構(gòu)的限制，各個(gè)處理器核訪問硬件鎖時(shí)經(jīng)過的路徑是不同的，各個(gè)核訪問同一硬件鎖的執(zhí)行速度通常是不平衡的，這會(huì)導(dǎo)致硬件鎖的同步時(shí)間增長(zhǎng)。如圖I所示，現(xiàn)有技術(shù)含有硬件鎖部件的多核處理器共有N+1個(gè)內(nèi)核(Core。 CoreN)，每?jī)蓚€(gè)內(nèi)核共用一個(gè)路由器(Router)，多級(jí)路由器將所有內(nèi)核連接在一起，并共享同一個(gè)硬件鎖。因?yàn)榈接布i的路由器級(jí)數(shù)的不同，各個(gè)內(nèi)核訪問硬件鎖的延遲是不一致的，例如Core2相對(duì)于Coretl需要多經(jīng)過一級(jí)路由器才能訪問到硬件鎖，其訪問的絕對(duì)延遲必然大于Coretl，這樣的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致不同的處理器核之間訪問硬件鎖絕對(duì)延遲的不平衡。雖然軟件上各個(gè)核發(fā)出鎖訪問的機(jī)率相同，但是硬件上絕對(duì)訪問延遲的不同導(dǎo)致了鎖訪問不平衡，絕對(duì)訪問延遲短的核(如Coreci)能夠頻繁地訪問鎖,而絕對(duì)訪問延遲長(zhǎng)的核(如CoreN)則很難獲取鎖，而鎖同步機(jī)制在各個(gè)核訪問鎖的次數(shù)均衡的情況下才能擁有最高的效率，故上述情況將導(dǎo)致鎖同步的時(shí)間增大，降低硬件鎖的應(yīng)用效能。如何實(shí)現(xiàn)各個(gè)核對(duì)硬件鎖的訪問次數(shù)的平衡以提高鎖同步應(yīng)用的性能，成為了多核微處理器設(shè)計(jì)領(lǐng)域關(guān)于硬件鎖設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠使各處理器核獲取硬件鎖的機(jī)會(huì)均衡、硬件實(shí)現(xiàn)代價(jià)小、擴(kuò)展性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)的用于多核處理器的硬件鎖實(shí)現(xiàn)方法及裝置。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
一種用于多核處理器的硬件鎖實(shí)現(xiàn)方法，其實(shí)施步驟如下
1)建立與處理器核一一對(duì)應(yīng)的鎖請(qǐng)求隊(duì)列，初始化設(shè)置各個(gè)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值，通過所述鎖請(qǐng)求隊(duì)列按照先入先出的原則分別緩存各處理器核發(fā)送的硬件鎖訪問請(qǐng)求；
2)獲取鎖請(qǐng)求隊(duì)列的最小權(quán)值，選擇最小權(quán)值對(duì)應(yīng)的鎖請(qǐng)求隊(duì)列獲得服務(wù)，將鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值在獲得服務(wù)后遞增，同時(shí)從獲得服務(wù)的鎖請(qǐng)求隊(duì)列中選出最先進(jìn)入的硬件鎖訪問請(qǐng)求執(zhí)行鎖存儲(chǔ)空間訪問操作并返回應(yīng)答報(bào)文。
作為本發(fā)明用于多核處理器的硬件鎖實(shí)現(xiàn)方法的進(jìn)一步改進(jìn)
所述步驟I)中初始化設(shè)置各個(gè)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值的詳細(xì)步驟如下
1.1)初始化設(shè)置各個(gè)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值計(jì)數(shù)器和權(quán)值遞增值；
1.2)將權(quán)值計(jì)數(shù)器的值初始化為權(quán)值遞增值作為鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值。所述步驟2)中獲取鎖請(qǐng)求隊(duì)列的最小權(quán)值具體是指采用二叉樹結(jié)構(gòu)獲取鎖請(qǐng)求隊(duì)列的最小權(quán)值。所述采用二叉樹結(jié)構(gòu)獲取鎖請(qǐng)求隊(duì)列的最小權(quán)值的詳細(xì)步驟如下
2.I)將各個(gè)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值和權(quán)編號(hào)分別輸入二叉樹的末梢節(jié)點(diǎn)；
2.2)所述二叉樹的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)將子節(jié)點(diǎn)輸入的權(quán)項(xiàng)的權(quán)值進(jìn)行比較并選擇權(quán)值較小 的權(quán)項(xiàng)作為輸出至父節(jié)點(diǎn)的權(quán)項(xiàng)，最終由所述二叉樹的根節(jié)點(diǎn)將最終選擇得到的權(quán)項(xiàng)作為最終選擇得到的權(quán)值最小的鎖請(qǐng)求隊(duì)列；
2.3)選擇最小權(quán)值對(duì)應(yīng)的鎖請(qǐng)求隊(duì)列獲得服務(wù)。所述步驟2)中將鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值在獲得服務(wù)后遞增的詳細(xì)步驟如下將有效的鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值在獲得服務(wù)后的下一個(gè)周期將權(quán)值遞增值累加到對(duì)應(yīng)的權(quán)值計(jì)數(shù)器作為新的權(quán)值；同時(shí)判斷獲得服務(wù)的鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值計(jì)數(shù)器的值是否等于權(quán)值計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)值，如果是則將所有鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值計(jì)數(shù)器初始化為權(quán)值遞增值。本發(fā)明還提供一種用于多核處理器的硬件鎖裝置，包括
鎖請(qǐng)求隊(duì)列單元，包含多個(gè)與處理器核一一對(duì)應(yīng)的鎖請(qǐng)求隊(duì)列，所述鎖請(qǐng)求隊(duì)列按照先入先出的原則分別緩存各處理器核發(fā)送的硬件鎖訪問請(qǐng)求；
權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯單元，用于初始化設(shè)置各個(gè)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值，并將鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值在獲得服務(wù)后遞增；
最小權(quán)值判斷邏輯，用于獲取鎖請(qǐng)求隊(duì)列的最小權(quán)值；
隊(duì)列選擇器，用于選擇權(quán)值最小且請(qǐng)求有效的鎖請(qǐng)求隊(duì)列獲得服務(wù)；
硬件鎖存儲(chǔ)空間訪問邏輯，用于從獲得服務(wù)的鎖請(qǐng)求隊(duì)列中選出最先進(jìn)入的硬件鎖訪問請(qǐng)求執(zhí)行鎖存儲(chǔ)空間訪問操作并返回應(yīng)答報(bào)文。作為本發(fā)明用于多核處理器的硬件鎖裝置的進(jìn)一步改進(jìn)
所述權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯單元包括與鎖請(qǐng)求隊(duì)列一一對(duì)應(yīng)的多個(gè)權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯，所述權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯包括步進(jìn)寄存器、加法器、第一選擇器、權(quán)值計(jì)數(shù)器、第二選擇器和比較器，所述步進(jìn)寄存器用于存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值遞增值；所述權(quán)值計(jì)數(shù)器用于存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值；當(dāng)對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值計(jì)數(shù)器尚未初始化或者收到全部計(jì)數(shù)器復(fù)位命令時(shí)，第一選擇器將權(quán)值遞增值寫入權(quán)值計(jì)數(shù)器作為對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值并通過第二選擇器輸出；當(dāng)對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列在上一個(gè)周期被選擇的權(quán)值最小的鎖請(qǐng)求隊(duì)列時(shí)，加法器將對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值計(jì)數(shù)器加上步進(jìn)寄存器存儲(chǔ)的權(quán)值遞增值后寫入權(quán)值計(jì)數(shù)器作為對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值并通過第二選擇器輸出；對(duì)對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列在上一個(gè)周期未被選擇的權(quán)值最小的鎖請(qǐng)求隊(duì)列時(shí)，第二選擇器直接讀取對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值計(jì)數(shù)器的數(shù)值作為對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值輸出；且所述第二選擇器在對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列無效時(shí)優(yōu)先選擇權(quán)值計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)值作為對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值輸出；所述比較器則在權(quán)值計(jì)數(shù)器的數(shù)值等于權(quán)值計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)值時(shí)向各個(gè)權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯發(fā)送全部計(jì)數(shù)器復(fù)位命令。所述最小權(quán)值判斷邏輯為二叉樹結(jié)構(gòu)，所述二叉樹結(jié)構(gòu)的末梢節(jié)點(diǎn)的輸入端分別與各個(gè)權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯相連，所述二叉樹結(jié)構(gòu)的根節(jié)點(diǎn)的輸出端與隊(duì)列選擇器相連，所述二叉樹結(jié)構(gòu)的末梢節(jié)點(diǎn)分別獲取各個(gè)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值和權(quán)編號(hào)，所述二叉樹結(jié)構(gòu)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)將兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)輸入的權(quán)項(xiàng)的權(quán)值進(jìn)行比較并選擇權(quán)值較小的權(quán)項(xiàng)作為輸出至父節(jié)點(diǎn)的權(quán)項(xiàng)，并由所述二叉樹結(jié)構(gòu)的根節(jié)點(diǎn)將最終選擇得到的權(quán)項(xiàng)作為最終選擇得到的最小權(quán)值并輸出給隊(duì)列選擇器。本發(fā)明用于多核處理器的硬件鎖實(shí)現(xiàn)方法具有下述優(yōu)點(diǎn)
I、本發(fā)明通過鎖請(qǐng)求隊(duì)列分別緩存各處理器核發(fā)送的硬件鎖訪問請(qǐng)求、計(jì)算每一個(gè)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值并選擇權(quán)值最小且請(qǐng)求有效的鎖請(qǐng)求隊(duì)列，并從中選出最先進(jìn)入的硬件鎖訪問請(qǐng)求，能夠?yàn)槎嗪颂幚砥髦胁煌恢玫奶幚砥骱颂峁┗疽恢碌恼?qǐng)求服務(wù)概率，能夠使各處理器核獲取硬件鎖的機(jī)會(huì)均衡，有利于提升鎖同步效率，避免了因鎖請(qǐng)求服務(wù)次數(shù)的不平衡而導(dǎo)致的同步效率低下問題，同時(shí)本實(shí)現(xiàn)方法具有硬件實(shí)現(xiàn)代價(jià)小的優(yōu)點(diǎn)。2、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的硬件鎖部件允許各個(gè)核訪問該部件的絕對(duì)延遲不同，但仍具有接近平衡訪問時(shí)的鎖應(yīng)用效果，因此該部件在多核處理器中的物理位置是十分靈活的，并不要求處于距離各核的路徑延遲相同，而且對(duì)于各種核數(shù)的處理器均適用，具有良好的可擴(kuò)展特性。3、本發(fā)明用于實(shí)現(xiàn)平衡訪問的邏輯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明用于多核處理器的硬件鎖裝置為與本發(fā)明用于多核處理器的硬件鎖實(shí)現(xiàn)方法相對(duì)應(yīng)的裝置，因此與用于多核處理器的硬件鎖實(shí)現(xiàn)方法相同的技術(shù)效果，在此不再贅述。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)包含硬件鎖的多核處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例方法的流程示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例裝置的框架結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例中權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯的框架結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例中二叉樹結(jié)構(gòu)的判斷邏輯結(jié)構(gòu)示意圖。圖例說明1、鎖請(qǐng)求隊(duì)列單元；2、權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯單元；21、權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯；211、步進(jìn)寄存器；212、加法器；213、第一選擇器；214、權(quán)值計(jì)數(shù)器；215、第二選擇器；216、比較器；
3、最小權(quán)值判斷邏輯；4、隊(duì)列選擇器；5、硬件鎖存儲(chǔ)空間訪問邏輯。
具體實(shí)施例方式如圖2所示，本實(shí)施例用于多核處理器的硬件鎖實(shí)現(xiàn)方法的實(shí)施步驟如下
1)建立與處理器核一一對(duì)應(yīng)的鎖請(qǐng)求隊(duì)列，初始化設(shè)置各個(gè)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值，通過所述鎖請(qǐng)求隊(duì)列按照先入先出的原則分別緩存各處理器核發(fā)送的硬件鎖訪問請(qǐng)求；
2)獲取鎖請(qǐng)求隊(duì)列的最小權(quán)值，選擇最小權(quán)值對(duì)應(yīng)的鎖請(qǐng)求隊(duì)列獲得服務(wù)，將鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值在獲得服務(wù)后遞增，同時(shí)從獲得服務(wù)的鎖請(qǐng)求隊(duì)列中選出最先進(jìn)入的硬件鎖訪問請(qǐng)求執(zhí)行鎖存儲(chǔ)空間訪問操作并返回應(yīng)答報(bào)文。本實(shí)施例中，步驟I)中初始化設(shè)置各個(gè)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值的詳細(xì)步驟如下
I.I)初始化設(shè)置各個(gè)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值計(jì)數(shù)器和權(quán)值遞增值；1.2)將權(quán)值計(jì)數(shù)器的值初始化為權(quán)值遞增值作為鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值。步驟2)中獲取鎖請(qǐng)求隊(duì)列的最小權(quán)值具體是指采用二叉樹結(jié)構(gòu)獲取鎖請(qǐng)求隊(duì)列的最小權(quán)值。本實(shí)施例中，采用二叉樹結(jié)構(gòu)獲取鎖請(qǐng)求隊(duì)列的最小權(quán)值的詳細(xì)步驟如下
2.I)將各個(gè)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值和權(quán)編號(hào)分別輸入二叉樹的末梢節(jié)點(diǎn)；
2.2)所述二叉樹的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)將子節(jié)點(diǎn)輸入的權(quán)項(xiàng)的權(quán)值進(jìn)行比較并選擇權(quán)值較小的權(quán)項(xiàng)作為輸出至父節(jié)點(diǎn)的權(quán)項(xiàng)，最終由所述二叉樹的根節(jié)點(diǎn)將最終選擇得到的權(quán)項(xiàng)作為最終選擇得到的權(quán)值最小的鎖請(qǐng)求隊(duì)列；
2.3)選擇最小權(quán)值對(duì)應(yīng)的鎖請(qǐng)求隊(duì)列獲得服務(wù)。本實(shí)施例中，步驟2)中將鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值在獲得服務(wù)后遞增的詳細(xì)步驟如下將有效的鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值在獲得服務(wù)后的下一個(gè)周期將權(quán)值遞增值累加到對(duì)應(yīng)的權(quán)值計(jì)數(shù)器作為新的權(quán)值；同時(shí)判斷獲得服務(wù)的鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值計(jì)數(shù)器的值是否等于權(quán)值計(jì)·數(shù)器的最大計(jì)數(shù)值，如果是則將所有鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值計(jì)數(shù)器初始化為權(quán)值遞增值。如圖3所示，本實(shí)施例用于多核處理器的硬件鎖裝置包括
鎖請(qǐng)求隊(duì)列單元I，包含多個(gè)與處理器核一一對(duì)應(yīng)的鎖請(qǐng)求隊(duì)列，所述鎖請(qǐng)求隊(duì)列按照先入先出的原則分別緩存各處理器核發(fā)送的硬件鎖訪問請(qǐng)求；
權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯單元2，用于初始化設(shè)置各個(gè)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值，并將鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值在獲得服務(wù)后遞增；
最小權(quán)值判斷邏輯3，用于獲取鎖請(qǐng)求隊(duì)列的最小權(quán)值；
隊(duì)列選擇器4，用于選擇權(quán)值最小且請(qǐng)求有效的鎖請(qǐng)求隊(duì)列獲得服務(wù)；
硬件鎖存儲(chǔ)空間訪問邏輯5，用于從獲得服務(wù)的鎖請(qǐng)求隊(duì)列中選出最先進(jìn)入的硬件鎖訪問請(qǐng)求執(zhí)行鎖存儲(chǔ)空間訪問操作并返回應(yīng)答報(bào)文。鎖請(qǐng)求隊(duì)列單元I擁有與處理器核數(shù)相同的鎖請(qǐng)求隊(duì)列(圖中為隊(duì)列O 隊(duì)列N，共計(jì)N+1個(gè)鎖請(qǐng)求隊(duì)列，N+1為多核處理器的處理器核數(shù))，其主要功能是將鎖訪問請(qǐng)求的報(bào)文分發(fā)到相應(yīng)的鎖請(qǐng)求隊(duì)列中，分發(fā)的原則是依據(jù)報(bào)文中的內(nèi)核編號(hào)。鎖請(qǐng)求隊(duì)列內(nèi)的請(qǐng)求按照先進(jìn)先出的原則順序執(zhí)行，能夠保證同一個(gè)核對(duì)硬件鎖訪問的存儲(chǔ)一致性。不同鎖請(qǐng)求隊(duì)列間的請(qǐng)求則是亂序執(zhí)行的，例如由不同的核發(fā)出的A、B兩個(gè)先后到達(dá)的鎖訪問請(qǐng)求，如果分別進(jìn)入了不同的鎖請(qǐng)求隊(duì)列，那么B可能先于A被服務(wù)。權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯單元2是支持硬件鎖平衡訪問特性的核心部件。如圖4所示，本實(shí)施例中的權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯單元2包括與鎖請(qǐng)求隊(duì)列一一對(duì)應(yīng)的多個(gè)權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯21，權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯21包括步進(jìn)寄存器211、加法器212、第一選擇器213、權(quán)值計(jì)數(shù)器214、第二選擇器215和比較器216。步進(jìn)寄存器211用于存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值遞增值，步進(jìn)寄存器211決定該隊(duì)列被訪問后權(quán)值計(jì)數(shù)器214的步進(jìn)累加值；權(quán)值計(jì)數(shù)器214用于存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值；當(dāng)對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值計(jì)數(shù)器214尚未初始化或者收到全部計(jì)數(shù)器復(fù)位命令時(shí)，第一選擇器213將權(quán)值遞增值寫入權(quán)值計(jì)數(shù)器214作為對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值并通過第二選擇器215輸出；當(dāng)對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列在上一個(gè)周期被選擇的權(quán)值最小的鎖請(qǐng)求隊(duì)列時(shí)，加法器212將對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值計(jì)數(shù)器214加上步進(jìn)寄存器211存儲(chǔ)的權(quán)值遞增值后寫入權(quán)值計(jì)數(shù)器214作為對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值并通過第二選擇器215輸出；對(duì)對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列在上一個(gè)周期未被選擇的權(quán)值最小的鎖請(qǐng)求隊(duì)列時(shí)，第二選擇器215直接讀取對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值計(jì)數(shù)器214的數(shù)值作為對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值輸出；且第二選擇器215在對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列無效時(shí)優(yōu)先選擇權(quán)值計(jì)數(shù)器214的最大計(jì)數(shù)值作為對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值輸出；比較器216則在權(quán)值計(jì)數(shù)器214的數(shù)值等于權(quán)值計(jì)數(shù)器214的最大計(jì)數(shù)值時(shí)向各個(gè)權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯21發(fā)送全部計(jì)數(shù)器復(fù)位命令。本實(shí)施例的權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯單元2對(duì)每路鎖請(qǐng)求隊(duì)列都有對(duì)應(yīng)的權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯21(圖中為權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯O 權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯N，共計(jì)N+1個(gè)權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯21，N+1為多核處理器的處理器核數(shù))，該權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯21包含有權(quán)值計(jì)數(shù)器214和步進(jìn)寄存器211，權(quán)值計(jì)數(shù)器214在每次鎖請(qǐng)求隊(duì)列被選擇后累加步進(jìn)寄存器211。步進(jìn)寄存器211的值與內(nèi)核訪問硬件鎖的絕對(duì)路徑延遲相關(guān)，延遲越大的核對(duì)應(yīng)的步進(jìn)寄存器值越小，反之則越大；最小權(quán)值判斷邏輯3按照二叉樹型結(jié)構(gòu)組織，以盡量小的邏輯延遲實(shí)現(xiàn)最小權(quán)值的判斷，生成對(duì)當(dāng)前權(quán)值最小的有效隊(duì)列的選擇信號(hào)；硬件鎖存儲(chǔ)空間訪問邏輯5實(shí)現(xiàn)對(duì)被選出的鎖請(qǐng)求報(bào)文的讀寫服務(wù)，并返回對(duì)應(yīng)的寫應(yīng)答或者讀應(yīng)答報(bào)文。權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯單元2在同步復(fù)位、 隊(duì)列被選擇、請(qǐng)求隊(duì)列有效這三根信號(hào)的控制下，步進(jìn)寄存器211、加法器212、第一選擇器213、權(quán)值計(jì)數(shù)器214、第二選擇器215和比較器216相互配合，共同生成最終輸出的當(dāng)前權(quán)值和全部計(jì)數(shù)器復(fù)位信號(hào)。本實(shí)施例中，權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯單元2的詳細(xì)工作過程如下
Al)硬件鎖部件復(fù)位或者收到計(jì)數(shù)器復(fù)位信號(hào)后，權(quán)值計(jì)數(shù)器214的值初始化為對(duì)應(yīng)的步進(jìn)寄存器211的值，同步復(fù)位信號(hào)有效，第一選擇器213選擇通道lx。這里步進(jìn)寄存器211的值與對(duì)應(yīng)核訪問硬件鎖的絕對(duì)延遲有關(guān)，延遲越大的核對(duì)應(yīng)的步進(jìn)值越小，反之則越大，具體步進(jìn)值的選擇可在實(shí)現(xiàn)中根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整；
A2)相關(guān)鎖請(qǐng)求隊(duì)列被選擇并執(zhí)行后，隊(duì)列被選擇信號(hào)有效，第一選擇器213選擇通道01，權(quán)值計(jì)數(shù)器214在下一個(gè)時(shí)鐘周期到來后變?yōu)槠湓蹬c步進(jìn)寄存器211的累加值；
A3)權(quán)值計(jì)數(shù)器214的權(quán)值若超出最大計(jì)數(shù)值，則比較器216會(huì)產(chǎn)生全部計(jì)數(shù)器復(fù)位信號(hào)，復(fù)位硬件鎖部件中的全部權(quán)值計(jì)數(shù)器214 ；
A4)相關(guān)鎖請(qǐng)求隊(duì)列有效時(shí)，當(dāng)前權(quán)值通過第二選擇器215選擇通道1，即權(quán)值計(jì)數(shù)器214的值，若相關(guān)鎖請(qǐng)求隊(duì)列無效，則當(dāng)前權(quán)值選擇通道0，固定為最大計(jì)數(shù)值。權(quán)值計(jì)數(shù)器214累加超過最大計(jì)數(shù)值后，產(chǎn)生的全部計(jì)數(shù)器復(fù)位信號(hào)會(huì)影響上述訪問平衡方法的有效性，因此應(yīng)盡量減小溢出發(fā)生的次數(shù)，故權(quán)值計(jì)數(shù)器214的位寬應(yīng)較大，一般選擇為32位以上。最小權(quán)值判斷邏輯3負(fù)責(zé)生成選擇當(dāng)前權(quán)值最小的有效請(qǐng)求隊(duì)列的控制信號(hào)。本實(shí)施例中，最小權(quán)值判斷邏輯3為二叉樹結(jié)構(gòu)，二叉樹結(jié)構(gòu)的末梢節(jié)點(diǎn)的輸入端分別與各個(gè)權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯21相連，二叉樹結(jié)構(gòu)的根節(jié)點(diǎn)的輸出端與隊(duì)列選擇器4相連，二叉樹結(jié)構(gòu)的末梢節(jié)點(diǎn)分別獲取各個(gè)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值和權(quán)編號(hào)，所述二叉樹結(jié)構(gòu)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)將兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)輸入的權(quán)項(xiàng)的權(quán)值進(jìn)行比較并選擇權(quán)值較小的權(quán)項(xiàng)作為輸出至父節(jié)點(diǎn)的權(quán)項(xiàng)，并由所述二叉樹結(jié)構(gòu)的根節(jié)點(diǎn)將最終選擇得到的權(quán)項(xiàng)作為最終選擇得到的最小權(quán)值并輸出給隊(duì)列選擇器4。最小權(quán)值判斷邏輯3為二叉樹結(jié)構(gòu)，能夠減小邏輯級(jí)數(shù)、縮短路徑延遲、力口快邏輯處理的時(shí)間。二叉樹結(jié)構(gòu)的末梢節(jié)點(diǎn)分別獲取各個(gè)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值和權(quán)編號(hào)，二叉樹結(jié)構(gòu)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)將兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)輸入的權(quán)項(xiàng)的權(quán)值進(jìn)行比較并選擇權(quán)值較小的權(quán)項(xiàng)作為輸出至父節(jié)點(diǎn)的權(quán)項(xiàng)，并由二叉樹結(jié)構(gòu)的根節(jié)點(diǎn)將最終選擇得到的權(quán)項(xiàng)作為最終選擇得到的權(quán)值最小且請(qǐng)求有效的鎖請(qǐng)求隊(duì)列。圖中樹葉上任意一個(gè)權(quán)X包含有兩部分值當(dāng)前權(quán)值和權(quán)的編號(hào)，比較邏輯僅比較權(quán)值，但選擇較小的結(jié)果時(shí)要包含權(quán)的編號(hào)，如此逐級(jí)比較，最后一級(jí)(樹根)選出的結(jié)果即是最小的有效請(qǐng)求隊(duì)列的編號(hào)，此編號(hào)將被傳遞到隊(duì)列選擇器4來選擇目標(biāo)隊(duì)列中的請(qǐng)求。這里需要注意的是，如果某請(qǐng)求隊(duì)列內(nèi)容為空，那么對(duì)應(yīng)的當(dāng)前權(quán)值應(yīng)置為計(jì)數(shù)器的最大值，否則可能選出無效的隊(duì)列，導(dǎo)致邏輯錯(cuò)誤。如圖5所示，兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)輸入的權(quán)項(xiàng)的權(quán)值(權(quán)O和權(quán)I)進(jìn)行比較并選擇權(quán)值較小的權(quán)項(xiàng)作為輸出至父節(jié)點(diǎn)的權(quán)項(xiàng)(權(quán)值為MinO)，以此類推向根節(jié)點(diǎn)上溯，最終得出整個(gè)二叉樹結(jié)構(gòu)中權(quán)值最小的權(quán)項(xiàng)(權(quán)值為Mink)。隊(duì)列選擇器4負(fù)責(zé)從所有鎖請(qǐng)求隊(duì)列中讀出指定隊(duì)列的當(dāng)前鎖訪問請(qǐng)求的報(bào)文，選擇信號(hào)為最小權(quán)值判斷邏輯3輸出的控制信號(hào)，讀出的報(bào)文被傳遞給硬件鎖存儲(chǔ)空間訪問邏輯5。硬件鎖存儲(chǔ)空間訪問邏輯5負(fù)責(zé)服務(wù)鎖存儲(chǔ)空間的訪問，該邏輯根據(jù)報(bào)文的讀寫 屬性，執(zhí)行相應(yīng)的讀寫功能，并返回寫應(yīng)答或者讀應(yīng)答報(bào)文，其邏輯結(jié)構(gòu)與基本的存儲(chǔ)空間訪問基本一致。本實(shí)施例用于多核處理器的硬件鎖裝置的工作步驟如下
BI)建立鎖請(qǐng)求隊(duì)列單元1，鎖請(qǐng)求隊(duì)列單元I包含與處理器核一一對(duì)應(yīng)的鎖請(qǐng)求隊(duì)列，權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯單元2初始化設(shè)置各個(gè)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值，通過所述鎖請(qǐng)求隊(duì)列按照先入先出的原則分別緩存各處理器核發(fā)送的硬件鎖訪問請(qǐng)求；
B2)最小權(quán)值判斷邏輯3獲取鎖請(qǐng)求隊(duì)列的最小權(quán)值，隊(duì)列選擇器4選擇最小權(quán)值對(duì)應(yīng)的鎖請(qǐng)求隊(duì)列獲得服務(wù)，權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯單元2將鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值在獲得服務(wù)后遞增，同時(shí)硬件鎖存儲(chǔ)空間訪問邏輯5從獲得服務(wù)的鎖請(qǐng)求隊(duì)列中選出最先進(jìn)入的硬件鎖訪問請(qǐng)求執(zhí)行鎖存儲(chǔ)空間訪問操作并返回應(yīng)答報(bào)文。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于多核處理器的硬件鎖實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于其實(shí)施步驟如下 1)建立與處理器核一一對(duì)應(yīng)的鎖請(qǐng)求隊(duì)列，初始化設(shè)置各個(gè)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值，通過所述鎖請(qǐng)求隊(duì)列按照先入先出的原則分別緩存各處理器核發(fā)送的硬件鎖訪問請(qǐng)求； 2)獲取鎖請(qǐng)求隊(duì)列的最小權(quán)值，選擇最小權(quán)值對(duì)應(yīng)的鎖請(qǐng)求隊(duì)列獲得服務(wù)，將鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值在獲得服務(wù)后遞增，同時(shí)從獲得服務(wù)的鎖請(qǐng)求隊(duì)列中選出最先進(jìn)入的硬件鎖訪問請(qǐng)求并執(zhí)行鎖存儲(chǔ)空間訪問操作，然后返回應(yīng)答報(bào)文。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于多核處理器的硬件鎖實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟O中初始化設(shè)置各個(gè)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值的詳細(xì)步驟如下 1.1)初始化設(shè)置各個(gè)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值計(jì)數(shù)器和權(quán)值遞增值； 1.2)將權(quán)值計(jì)數(shù)器的值初始化為權(quán)值遞增值作為鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于多核處理器的硬件鎖實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述步驟2)中獲取鎖請(qǐng)求隊(duì)列的最小權(quán)值具體是指采用二叉樹結(jié)構(gòu)獲取鎖請(qǐng)求隊(duì)列的最小權(quán)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于多核處理器的硬件鎖實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述采用二叉樹結(jié)構(gòu)獲取鎖請(qǐng)求隊(duì)列的最小權(quán)值的詳細(xì)步驟如下 2.I)將各個(gè)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值和權(quán)編號(hào)分別輸入二叉樹的末梢節(jié)點(diǎn)； 2.2)所述二叉樹的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)將子節(jié)點(diǎn)輸入的權(quán)項(xiàng)的權(quán)值進(jìn)行比較并選擇權(quán)值較小的權(quán)項(xiàng)作為輸出至父節(jié)點(diǎn)的權(quán)項(xiàng)，最終由所述二叉樹的根節(jié)點(diǎn)將最終選擇得到的權(quán)項(xiàng)作為最終選擇得到的權(quán)值最小的鎖請(qǐng)求隊(duì)列； 2.3)選擇最小權(quán)值對(duì)應(yīng)的鎖請(qǐng)求隊(duì)列獲得服務(wù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于多核處理器的硬件鎖實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述步驟2)中將鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值在獲得服務(wù)后遞增的詳細(xì)步驟如下將有效的鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值在獲得服務(wù)后的下一個(gè)周期將權(quán)值遞增值累加到對(duì)應(yīng)的權(quán)值計(jì)數(shù)器作為新的權(quán)值；同時(shí)判斷獲得服務(wù)的鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值計(jì)數(shù)器的值是否等于權(quán)值計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)值，如果是則將所有鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值計(jì)數(shù)器初始化為權(quán)值遞增值。
6.一種用于多核處理器的硬件鎖裝置，其特征在于，包括 鎖請(qǐng)求隊(duì)列單元(1)，包含多個(gè)與處理器核一一對(duì)應(yīng)的鎖請(qǐng)求隊(duì)列，所述鎖請(qǐng)求隊(duì)列按照先入先出的原則分別緩存各處理器核發(fā)送的硬件鎖訪問請(qǐng)求； 權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯單元(2)，用于初始化設(shè)置各個(gè)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值，并將鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值在獲得服務(wù)后遞增； 最小權(quán)值判斷邏輯(3)，用于獲取鎖請(qǐng)求隊(duì)列的最小權(quán)值； 隊(duì)列選擇器(4)，用于選擇權(quán)值最小且請(qǐng)求有效的鎖請(qǐng)求隊(duì)列獲得服務(wù)； 硬件鎖存儲(chǔ)空間訪問邏輯(5)，用于從獲得服務(wù)的鎖請(qǐng)求隊(duì)列中選出最先進(jìn)入的硬件鎖訪問請(qǐng)求執(zhí)行鎖存儲(chǔ)空間訪問操作并返回應(yīng)答報(bào)文。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于多核處理器的硬件鎖訪問裝置，其特征在于所述權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯單元(2)包括與鎖請(qǐng)求隊(duì)列一一對(duì)應(yīng)的多個(gè)權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯(21)，所述權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯(21)包括步進(jìn)寄存器(211)、加法器(212)、第一選擇器(213)、權(quán)值計(jì)數(shù)器(214)、第二選擇器(215)和比較器(216)，所述步進(jìn)寄存器(211)用于存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值遞增值；所述權(quán)值計(jì)數(shù)器(214)用于存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值；當(dāng)對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值計(jì)數(shù)器(214)尚未初始化或者收到全部計(jì)數(shù)器復(fù)位命令時(shí)，第一選擇器(213)將權(quán)值遞增值寫入權(quán)值計(jì)數(shù)器(214)作為對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值并通過第二選擇器(215)輸出；當(dāng)對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列在上一個(gè)周期被選擇的權(quán)值最小的鎖請(qǐng)求隊(duì)列時(shí)，加法器(212)將對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值計(jì)數(shù)器(214)加上步進(jìn)寄存器(211)存儲(chǔ)的權(quán)值遞增值后寫入權(quán)值計(jì)數(shù)器(214)作為對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值并通過第二選擇器(215)輸出；對(duì)對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列在上一個(gè)周期未被選擇的權(quán)值最小的鎖請(qǐng)求隊(duì)列時(shí)，第二選擇器(215)直接讀取對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值計(jì)數(shù)器(214)的數(shù)值作為對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值輸出；且所述第二選擇器(215)在對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列無效時(shí)優(yōu)先選擇權(quán)值計(jì)數(shù)器(214)的最大計(jì)數(shù)值作為對(duì)應(yīng)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值輸出；所述比較器(216)則在權(quán)值計(jì)數(shù)器(214)的數(shù)值等于權(quán)值計(jì)數(shù)器(214)的最大計(jì)數(shù)值時(shí)向各個(gè)權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯(21)發(fā)送全部計(jì)數(shù)器復(fù)位命令。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的用于多核處理器的硬件鎖裝置，其特征在于所述最小權(quán)值判斷邏輯(3)為二叉樹結(jié)構(gòu)，所述二叉樹結(jié)構(gòu)的末梢節(jié)點(diǎn)的輸入端分別與各個(gè)權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯(21)相連，所述二叉樹結(jié)構(gòu)的根節(jié)點(diǎn)的輸出端與隊(duì)列選擇器(4)相連，所述二叉樹結(jié)構(gòu)的末梢節(jié)點(diǎn)分別獲取各個(gè)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值和權(quán)編號(hào)，所述二叉樹結(jié)構(gòu)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)將兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)輸入的權(quán)項(xiàng)的權(quán)值進(jìn)行比較并選擇權(quán)值較小的權(quán)項(xiàng)作為輸出至父節(jié)點(diǎn)的權(quán)項(xiàng)，并由所述二叉樹結(jié)構(gòu)的根節(jié)點(diǎn)將最終選擇得到的權(quán)項(xiàng)作為最終選擇得到的最小權(quán)值并輸出給隊(duì)列選擇器(4)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于多核處理器的硬件鎖實(shí)現(xiàn)方法及裝置，方法步驟如下1)建立與處理器核一一對(duì)應(yīng)的鎖請(qǐng)求隊(duì)列，初始化設(shè)置各個(gè)鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值，所述鎖請(qǐng)求隊(duì)列按照先入先出的原則分別緩存各處理器核發(fā)送的硬件鎖訪問請(qǐng)求；2)選擇權(quán)值最小且請(qǐng)求有效的鎖請(qǐng)求隊(duì)列獲得服務(wù)，將鎖請(qǐng)求隊(duì)列的權(quán)值在獲得服務(wù)后遞增，同時(shí)從獲得服務(wù)的鎖請(qǐng)求隊(duì)列中選出最先進(jìn)入的硬件鎖訪問請(qǐng)求并執(zhí)行鎖存儲(chǔ)空間訪問操作，然后返回應(yīng)答報(bào)文；裝置包括鎖請(qǐng)求隊(duì)列單元、權(quán)值計(jì)數(shù)邏輯單元、最小權(quán)值判斷邏輯、隊(duì)列選擇器、硬件鎖存儲(chǔ)空間訪問邏輯。本發(fā)明具有能夠使各處理器核獲取硬件鎖的機(jī)會(huì)均衡、硬件實(shí)現(xiàn)代價(jià)小、擴(kuò)展性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G06F9/46GK102937915SQ201210493920
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者任巨, 張明, 龔銳, 鄧宇, 石偉, 郭御風(fēng), 竇強(qiáng), 羅莉, 馬愛永, 王永文 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)