一種微處理器中存儲資源全局調(diào)度裝置及調(diào)度方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微處理器中存儲資源全局調(diào)度裝置及調(diào)度方法，所述的全局調(diào)度裝置包括全局調(diào)度分配器、全局數(shù)據(jù)及地址總線和全局控制總線，所述的全局調(diào)度分配器通過全局數(shù)據(jù)及地址總線和全局控制總線分別連接存儲模塊中的至少一個存儲器，所述的存儲器通過全局數(shù)據(jù)及地址總線和全局控制總線相互連接；所述的調(diào)度方法為：微處理器靜態(tài)或動態(tài)地生成存儲資源優(yōu)化信息，全局調(diào)度分配器接收存儲資源優(yōu)化信息后，生成相應的存儲資源分配控制信號，并將該控制信號傳輸給相應的存儲器，相應的存儲器根據(jù)該控制信號對內(nèi)部存儲資源進行分配映射。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有可進行資源統(tǒng)一分配、容錯性好、可提高微處理器性能等優(yōu)點。
【專利說明】一種微處理器中存儲資源全局調(diào)度裝置及調(diào)度方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及計算機技術、集成電路【技術領域】，尤其是涉及一種微處理器中存儲資源全局調(diào)度裝置及調(diào)度方法。
【背景技術】
[0002]隨著半導體工藝以及計算機體系結(jié)構(gòu)、微處理器設計技術的不斷進步，微處理器的功能越來越強大，結(jié)構(gòu)也變得越來越復雜。在微處理器中，存儲資源是不可或缺的重要部分，也在很大程度上決定了微處理器的性能。因而，針對存儲資源的優(yōu)化對于微處理器性能以及可靠性的提高非常有必要。
[0003]在微處理器中，存在多種分屬不同功能單元、具備規(guī)整結(jié)構(gòu)的存儲資源，如寄存器堆、一級、二級緩存等處理器體系結(jié)構(gòu)相關的存儲資源，以及與處理器體系結(jié)構(gòu)無關的存儲資源如分支預測器中的跳轉(zhuǎn)目標表、指令分配單元中的指令隊列、存儲管理單元中的地址映射與查找表、指令執(zhí)行調(diào)度單元中的重排序緩沖器等。這些存儲資源在基本結(jié)構(gòu)上具有共同性。各類存儲資源的用途不同，在針對不同的工作負載時，其重要性亦有明顯區(qū)別。
[0004]容錯設計是微處理器的一個重要方面，所謂容錯是指當微處理器中的某些部件單元發(fā)生故障時，應能保證微處理仍可以正常工作。傳統(tǒng)上多采用雙?；蚨嗄Ｈ哂嗟母叽鷥r策略，或?qū)Υ鎯ζ鞑捎脵z錯、糾錯碼和備用單元等方式。主要面向高可靠性要求的特定領域，例如大型機、高可靠服務器、航空航天等。這些領域的特點是成本和資源代價相對次要，故可采取高代價冗余的方式構(gòu)建微處理器芯片。
[0005]隨著微處理器芯片集成度的不斷提高以及半導體工藝特征尺寸的不斷縮小，普通商用微處理器芯片的容錯設計要求采用低代價的容錯方法。通過合理的設計，對微處理器內(nèi)部大多數(shù)具備規(guī)整結(jié)構(gòu)的存儲資源來說，發(fā)生故障時，僅導致性能的降低，但仍可正常工作。因而，如何使這種情況下的性能損失最小，是一個很有價值的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種可進行資源統(tǒng)一分配、容錯性好、可提高微處理器性能的微處理器中存儲資源全局調(diào)度裝置及調(diào)度方法。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0008]一種微處理器中存儲資源全局調(diào)度裝置，所述的微處理器包括控制及運算模塊、存儲模塊和輸入輸出模塊，所述的存儲模塊中包括多個分屬不同功能單元、具備規(guī)整結(jié)構(gòu)的存儲器，所述的全局調(diào)度裝置包括全局調(diào)度分配器、全局數(shù)據(jù)及地址總線和全局控制總線，所述的全局調(diào)度分配器通過全局數(shù)據(jù)及地址總線和全局控制總線分別連接存儲模塊中的至少一個存儲器，所述的存儲器通過全局數(shù)據(jù)及地址總線和全局控制總線相互連接；
[0009]全局調(diào)度分配器接收存儲資源優(yōu)化信息后，生成相應的存儲資源分配控制信號，并將該控制信號傳輸給相應的存儲器，相應的存儲器根據(jù)該控制信號對內(nèi)部存儲資源進行分配映射。[0010]還包括全局備用存儲器，該全局備用存儲器通過全局數(shù)據(jù)及地址總線和全局控制總線分別連接全局調(diào)度分配器和存儲模塊中的多個存儲器。
[0011]所述的全局備用存儲器接收全局調(diào)度分配器發(fā)出的存儲資源優(yōu)化信息，并根據(jù)該信息將自身存儲資源全部分配給某一個功能單元或分別分配給多個不同的功能單元。
[0012]所述的存儲資源優(yōu)化信息由指令編譯階段靜態(tài)生成或根據(jù)系統(tǒng)整體運行狀況動態(tài)生成或由控制及運算模塊根據(jù)指令運行的統(tǒng)計信息和微處理器的狀態(tài)信息動態(tài)生成。
[0013]一種微處理器中存儲資源全局調(diào)度方法，包括以下步驟:
[0014]I)微處理器根據(jù)所運行的工作負載對于各功能單元的性能需求，靜態(tài)或動態(tài)地生成存儲資源優(yōu)化信息；
[0015]2)全局調(diào)度分配器接收存儲資源優(yōu)化信息后，生成相應的存儲資源分配控制信號，并通過全局控制總線將該控制信號傳輸給相關的存儲器；
[0016]3)存儲器接收到存儲資源分配控制信號后對內(nèi)部存儲資源進行分配映射；
[0017]4)微處理器實時檢測各存儲器是否正常工作，若檢測到某個或某些存儲器存在故障則發(fā)出錯誤報告，并根據(jù)故障狀態(tài)定位故障的位置，并禁止使用故障位置所對應的電路；
[0018]5)微處理器根據(jù)剩余的正常存儲資源分布情況以及工作負載重新生成存儲資源優(yōu)化信息，并發(fā)送給全局調(diào)度分配器，返回步驟2)。
[0019]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0020]1、本發(fā)明克服了傳統(tǒng)方法中僅在局部進行存儲器資源管理的局限，根據(jù)不同情況下對于不同功能模塊內(nèi)部存儲資源的不同需求，進行統(tǒng)一的調(diào)度和分配；
[0021]2、在無故障時可以實現(xiàn)性能的優(yōu)化和提升，在有故障時，具有較好的容錯性，并可以使故障導致的性能損失降至最小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為典型的微處理器內(nèi)部資源結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明的儲資源分配過程示意圖；
[0025]圖4為本發(fā)明實施例2中僅對部分存儲器資源進行分配和調(diào)度的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖5為本發(fā)明實施例3具有全局備用存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖。
且體實施方式
[0027]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0028]實施例1
[0029]如圖1為典型的微處理器內(nèi)部資源分類結(jié)構(gòu)。微處理器可以劃分為控制及運算模塊101、存儲模塊102、輸入輸出模塊103三大類。其中存儲模塊中包含分屬不同功能單元的具備規(guī)整結(jié)構(gòu)的存儲器，例如二級緩存104、一級緩存105、寄存器堆106、分支預測器單元的跳轉(zhuǎn)目標表108、存儲管理單元的地址查找表107、指令調(diào)度單元的重排序緩沖器109、指令分配單元的指令隊列110等。在本發(fā)明實施例之外的情況下，這些存儲資源分屬不同的功能單元，由相應的控制邏輯進行控制，相互之間不能進行資源的共享和重新分配。
[0030]如圖2所示，一種微處理器中存儲資源全局調(diào)度裝置，包括全局調(diào)度分配器201、全局數(shù)據(jù)及地址總線202和全局控制總線203，所述的全局調(diào)度分配器201通過全局數(shù)據(jù)及地址總線202和全局控制總線203分別連接存儲模塊102中的所有存儲器，所述的存儲器通過全局數(shù)據(jù)及地址總線202和全局控制總線203相互連接。
[0031]如圖3所示，一種微處理器中存儲資源全局調(diào)度方法，包括以下步驟:
[0032]I)微處理器根據(jù)所運行的工作負載對于各功能單元的性能需求，靜態(tài)或動態(tài)地生成存儲資源優(yōu)化信息，該存儲資源優(yōu)化信息可以在指令編譯階段由編譯器根據(jù)程序的特征靜態(tài)生成，并附加于目標代碼內(nèi)；也可以是由操作系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)整體運行狀況，動態(tài)提供給微處理器中的全局調(diào)度分配器，也可以是由微處理器內(nèi)部的控制和運算模塊根據(jù)指令運行的統(tǒng)計信息和微處理器的狀態(tài)信息動態(tài)提供給全局調(diào)度分配器；
[0033]2)全局調(diào)度分配器接收存儲資源優(yōu)化信息后，生成相應的存儲資源分配控制信號，并通過全局控制總線將該控制信號傳輸給相關的存儲器；
[0034]3)存儲器接收到存儲資源分配控制信號后對內(nèi)部存儲資源進行分配映射；
[0035]4)微處理器實時檢測各存儲器是否正常工作，若檢測到某個或某些存儲器存在故障則發(fā)出錯誤報告，并根據(jù)故障狀態(tài)定位故障的位置，并禁止使用故障位置所對應的電路；
[0036]5)微處理器根據(jù)剩余的正常存儲資源分布情況以及工作負載重新生成存儲資源優(yōu)化信息，并發(fā)送給全局調(diào)度分配器，返回步驟2)。
[0037]微處理器中設有全局檢錯電路，每個功能單元均設有局部檢錯電路，全局檢錯電路或局部檢錯電路檢測到存儲器存在故障后，發(fā)出錯誤報告，并根據(jù)故障狀態(tài)定位故障的位置，并禁止使用故障位置所對應的電路，對錯誤進行屏蔽，全局調(diào)度分配器根據(jù)錯誤屏蔽后的存儲資源的具體情況，重新優(yōu)化存儲資源在各個功能單元間的分布，使性能的損失達到最小。
[0038]實施例2
[0039]如圖4所示，本實施例的存儲資源全局調(diào)度裝置中的全局調(diào)度分配器201通過全局數(shù)據(jù)及地址總線202和全局控制總線203分別連接存儲模塊102中的部分存儲器，僅對部分儲資源進行分配和調(diào)度。盡管各類結(jié)構(gòu)規(guī)整的存儲器資源具有共性，但在訪問速度、讀寫時序、可靠性保護重要性等方面可能有明顯區(qū)別。在某些情況下，可以僅對必要的存儲資源進行分配和調(diào)度。圖4所示中，未將一級緩存105、二級緩存10連接至全局數(shù)據(jù)及地址總線202、全局控制總線203上與其他存儲資源進行分配和共享。本實施例的其余部分同實施例I。
[0040]實施例3
[0041]如圖5所示，本實施例的存儲資源全局調(diào)度裝置還包括全局備用存儲器204，該全局備用存儲器204通過全局數(shù)據(jù)及地址總線202和全局控制總線203分別連接全局調(diào)度分散器201和存儲模塊中的多個存儲器?？紤]到性能的重要性，在某些情況下，可以增加全局備用存儲器，該全局備用存儲器接收全局調(diào)度分配器發(fā)出的存儲資源優(yōu)化信息，并根據(jù)該信息將自身存儲資源全部分配給某一個功能單元或分別分配給多個不同的功能單元，從而達到性能優(yōu)化的目的。在有存儲單元故障發(fā)生時，通過全局備用存儲器的分配，也可以更好地彌補性能損失。本實施例的其余部分同實施例1。
【權利要求】
1.一種微處理器中存儲資源全局調(diào)度裝置，所述的微處理器包括控制及運算模塊、存儲模塊和輸入輸出模塊，所述的存儲模塊中包括多個分屬不同功能單元、具備規(guī)整結(jié)構(gòu)的存儲器，其特征在于，所述的全局調(diào)度裝置包括全局調(diào)度分配器、全局數(shù)據(jù)及地址總線和全局控制總線，所述的全局調(diào)度分配器通過全局數(shù)據(jù)及地址總線和全局控制總線分別連接存儲模塊中的至少一個存儲器，所述的存儲器通過全局數(shù)據(jù)及地址總線和全局控制總線相互連接； 全局調(diào)度分配器接收存儲資源優(yōu)化信息后，生成相應的存儲資源分配控制信號，并將該控制信號傳輸給相應的存儲器，相應的存儲器根據(jù)該控制信號對內(nèi)部存儲資源進行分配映射。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種微處理器中存儲資源全局調(diào)度裝置，其特征在于，還包括全局備用存儲器，該全局備用存儲器通過全局數(shù)據(jù)及地址總線和全局控制總線分別連接全局調(diào)度分配器和存儲模塊中的多個存儲器。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種微處理器中存儲資源全局調(diào)度裝置，其特征在于，所述的全局備用存儲器接收全局調(diào)度分配器發(fā)出的存儲資源優(yōu)化信息，并根據(jù)該信息將自身存儲資源全部分配給某一個功能單元或分別分配給多個不同的功能單元。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種微處理器中存儲資源全局調(diào)度裝置，其特征在于，所述的存儲資源優(yōu)化信息由指令編譯階段靜態(tài)生成或根據(jù)系統(tǒng)整體運行狀況動態(tài)生成或由控制及運算模塊根據(jù)指令運行的統(tǒng)計信息和微處理器的狀態(tài)信息動態(tài)生成。
5.一種如權利要求4所述的微處理器中存儲資源全局調(diào)度方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)微處理器根據(jù)所運行的工作負載對于各功能單元的性能需求，靜態(tài)或動態(tài)地生成存儲資源優(yōu)化信息； 2)全局調(diào)度分配器接收存儲資源優(yōu)化信息后，生成相應的存儲資源分配控制信號，并通過全局控制總線將該控制信號傳輸給相關的存儲器； 3)存儲器接收到存儲資源分配控制信號后對內(nèi)部存儲資源進行分配映射； 4)微處理器實時檢測各存儲器是否正常工作，若檢測到某個或某些存儲器存在故障則發(fā)出錯誤報告，并根據(jù)故障狀態(tài)定位故障的位置，并禁止使用故障位置所對應的電路； 5)微處理器根據(jù)剩余的正常存儲資源分布情況以及工作負載重新生成存儲資源優(yōu)化信息，并發(fā)送給全局調(diào)度分配器，返回步驟2)。
【文檔編號】G06F13/16GK103970685SQ201310041565
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年2月1日 優(yōu)先權日:2013年2月1日
【發(fā)明者】張志峰, 程茜, 任浩琪 申請人:同濟大學