一种微处理器中存储资源全局调度装置及调度方法
【专利摘要】本发明涉及一种微处理器中存储资源全局调度装置及调度方法，所述的全局调度装置包括全局调度分配器、全局数据及地址总线和全局控制总线，所述的全局调度分配器通过全局数据及地址总线和全局控制总线分别连接存储模块中的至少一个存储器，所述的存储器通过全局数据及地址总线和全局控制总线相互连接；所述的调度方法为：微处理器静态或动态地生成存储资源优化信息，全局调度分配器接收存储资源优化信息后，生成相应的存储资源分配控制信号，并将该控制信号传输给相应的存储器，相应的存储器根据该控制信号对内部存储资源进行分配映射。与现有技术相比，本发明具有可进行资源统一分配、容错性好、可提高微处理器性能等优点。
【专利说明】一种微处理器中存储资源全局调度装置及调度方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及计算机技术、集成电路【技术领域】，尤其是涉及一种微处理器中存储资源全局调度装置及调度方法。
【背景技术】
[0002]随着半导体工艺以及计算机体系结构、微处理器设计技术的不断进步，微处理器的功能越来越强大，结构也变得越来越复杂。在微处理器中，存储资源是不可或缺的重要部分，也在很大程度上决定了微处理器的性能。因而，针对存储资源的优化对于微处理器性能以及可靠性的提高非常有必要。
[0003]在微处理器中，存在多种分属不同功能单元、具备规整结构的存储资源，如寄存器堆、一级、二级缓存等处理器体系结构相关的存储资源，以及与处理器体系结构无关的存储资源如分支预测器中的跳转目标表、指令分配单元中的指令队列、存储管理单元中的地址映射与查找表、指令执行调度单元中的重排序缓冲器等。这些存储资源在基本结构上具有共同性。各类存储资源的用途不同，在针对不同的工作负载时，其重要性亦有明显区别。
[0004]容错设计是微处理器的一个重要方面，所谓容错是指当微处理器中的某些部件单元发生故障时，应能保证微处理仍可以正常工作。传统上多采用双模或多模冗余的高代价策略，或对存储器采用检错、纠错码和备用单元等方式。主要面向高可靠性要求的特定领域，例如大型机、高可靠服务器、航空航天等。这些领域的特点是成本和资源代价相对次要，故可采取高代价冗余的方式构建微处理器芯片。
[0005]随着微处理器芯片集成度的不断提高以及半导体工艺特征尺寸的不断缩小，普通商用微处理器芯片的容错设计要求采用低代价的容错方法。通过合理的设计，对微处理器内部大多数具备规整结构的存储资源来说，发生故障时，仅导致性能的降低，但仍可正常工作。因而，如何使这种情况下的性能损失最小，是一个很有价值的问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可进行资源统一分配、容错性好、可提高微处理器性能的微处理器中存储资源全局调度装置及调度方法。
[0007]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0008]一种微处理器中存储资源全局调度装置，所述的微处理器包括控制及运算模块、存储模块和输入输出模块，所述的存储模块中包括多个分属不同功能单元、具备规整结构的存储器，所述的全局调度装置包括全局调度分配器、全局数据及地址总线和全局控制总线，所述的全局调度分配器通过全局数据及地址总线和全局控制总线分别连接存储模块中的至少一个存储器，所述的存储器通过全局数据及地址总线和全局控制总线相互连接；
[0009]全局调度分配器接收存储资源优化信息后，生成相应的存储资源分配控制信号，并将该控制信号传输给相应的存储器，相应的存储器根据该控制信号对内部存储资源进行分配映射。[0010]还包括全局备用存储器，该全局备用存储器通过全局数据及地址总线和全局控制总线分别连接全局调度分配器和存储模块中的多个存储器。
[0011]所述的全局备用存储器接收全局调度分配器发出的存储资源优化信息，并根据该信息将自身存储资源全部分配给某一个功能单元或分别分配给多个不同的功能单元。
[0012]所述的存储资源优化信息由指令编译阶段静态生成或根据系统整体运行状况动态生成或由控制及运算模块根据指令运行的统计信息和微处理器的状态信息动态生成。
[0013]一种微处理器中存储资源全局调度方法，包括以下步骤:
[0014]I)微处理器根据所运行的工作负载对于各功能单元的性能需求，静态或动态地生成存储资源优化信息；
[0015]2)全局调度分配器接收存储资源优化信息后，生成相应的存储资源分配控制信号，并通过全局控制总线将该控制信号传输给相关的存储器；
[0016]3)存储器接收到存储资源分配控制信号后对内部存储资源进行分配映射；
[0017]4)微处理器实时检测各存储器是否正常工作，若检测到某个或某些存储器存在故障则发出错误报告，并根据故障状态定位故障的位置，并禁止使用故障位置所对应的电路；
[0018]5)微处理器根据剩余的正常存储资源分布情况以及工作负载重新生成存储资源优化信息，并发送给全局调度分配器，返回步骤2)。
[0019]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0020]1、本发明克服了传统方法中仅在局部进行存储器资源管理的局限，根据不同情况下对于不同功能模块内部存储资源的不同需求，进行统一的调度和分配；
[0021]2、在无故障时可以实现性能的优化和提升，在有故障时，具有较好的容错性，并可以使故障导致的性能损失降至最小。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为典型的微处理器内部资源结构示意图；
[0023]图2为本发明的结构示意图；
[0024]图3为本发明的储资源分配过程示意图；
[0025]图4为本发明实施例2中仅对部分存储器资源进行分配和调度的结构示意图；
[0026]图5为本发明实施例3具有全局备用存储器的结构示意图。
且体实施方式
[0027]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0028]实施例1
[0029]如图1为典型的微处理器内部资源分类结构。微处理器可以划分为控制及运算模块101、存储模块102、输入输出模块103三大类。其中存储模块中包含分属不同功能单元的具备规整结构的存储器，例如二级缓存104、一级缓存105、寄存器堆106、分支预测器单元的跳转目标表108、存储管理单元的地址查找表107、指令调度单元的重排序缓冲器109、指令分配单元的指令队列110等。在本发明实施例之外的情况下，这些存储资源分属不同的功能单元，由相应的控制逻辑进行控制，相互之间不能进行资源的共享和重新分配。
[0030]如图2所示，一种微处理器中存储资源全局调度装置，包括全局调度分配器201、全局数据及地址总线202和全局控制总线203，所述的全局调度分配器201通过全局数据及地址总线202和全局控制总线203分别连接存储模块102中的所有存储器，所述的存储器通过全局数据及地址总线202和全局控制总线203相互连接。
[0031]如图3所示，一种微处理器中存储资源全局调度方法，包括以下步骤:
[0032]I)微处理器根据所运行的工作负载对于各功能单元的性能需求，静态或动态地生成存储资源优化信息，该存储资源优化信息可以在指令编译阶段由编译器根据程序的特征静态生成，并附加于目标代码内；也可以是由操作系统根据系统整体运行状况，动态提供给微处理器中的全局调度分配器，也可以是由微处理器内部的控制和运算模块根据指令运行的统计信息和微处理器的状态信息动态提供给全局调度分配器；
[0033]2)全局调度分配器接收存储资源优化信息后，生成相应的存储资源分配控制信号，并通过全局控制总线将该控制信号传输给相关的存储器；
[0034]3)存储器接收到存储资源分配控制信号后对内部存储资源进行分配映射；
[0035]4)微处理器实时检测各存储器是否正常工作，若检测到某个或某些存储器存在故障则发出错误报告，并根据故障状态定位故障的位置，并禁止使用故障位置所对应的电路；
[0036]5)微处理器根据剩余的正常存储资源分布情况以及工作负载重新生成存储资源优化信息，并发送给全局调度分配器，返回步骤2)。
[0037]微处理器中设有全局检错电路，每个功能单元均设有局部检错电路，全局检错电路或局部检错电路检测到存储器存在故障后，发出错误报告，并根据故障状态定位故障的位置，并禁止使用故障位置所对应的电路，对错误进行屏蔽，全局调度分配器根据错误屏蔽后的存储资源的具体情况，重新优化存储资源在各个功能单元间的分布，使性能的损失达到最小。
[0038]实施例2
[0039]如图4所示，本实施例的存储资源全局调度装置中的全局调度分配器201通过全局数据及地址总线202和全局控制总线203分别连接存储模块102中的部分存储器，仅对部分储资源进行分配和调度。尽管各类结构规整的存储器资源具有共性，但在访问速度、读写时序、可靠性保护重要性等方面可能有明显区别。在某些情况下，可以仅对必要的存储资源进行分配和调度。图4所示中，未将一级缓存105、二级缓存10连接至全局数据及地址总线202、全局控制总线203上与其他存储资源进行分配和共享。本实施例的其余部分同实施例I。
[0040]实施例3
[0041]如图5所示，本实施例的存储资源全局调度装置还包括全局备用存储器204，该全局备用存储器204通过全局数据及地址总线202和全局控制总线203分别连接全局调度分散器201和存储模块中的多个存储器。考虑到性能的重要性，在某些情况下，可以增加全局备用存储器，该全局备用存储器接收全局调度分配器发出的存储资源优化信息，并根据该信息将自身存储资源全部分配给某一个功能单元或分别分配给多个不同的功能单元，从而达到性能优化的目的。在有存储单元故障发生时，通过全局备用存储器的分配，也可以更好地弥补性能损失。本实施例的其余部分同实施例1。
【权利要求】
1.一种微处理器中存储资源全局调度装置，所述的微处理器包括控制及运算模块、存储模块和输入输出模块，所述的存储模块中包括多个分属不同功能单元、具备规整结构的存储器，其特征在于，所述的全局调度装置包括全局调度分配器、全局数据及地址总线和全局控制总线，所述的全局调度分配器通过全局数据及地址总线和全局控制总线分别连接存储模块中的至少一个存储器，所述的存储器通过全局数据及地址总线和全局控制总线相互连接； 全局调度分配器接收存储资源优化信息后，生成相应的存储资源分配控制信号，并将该控制信号传输给相应的存储器，相应的存储器根据该控制信号对内部存储资源进行分配映射。
2.根据权利要求1所述的一种微处理器中存储资源全局调度装置，其特征在于，还包括全局备用存储器，该全局备用存储器通过全局数据及地址总线和全局控制总线分别连接全局调度分配器和存储模块中的多个存储器。
3.根据权利要求2所述的一种微处理器中存储资源全局调度装置，其特征在于，所述的全局备用存储器接收全局调度分配器发出的存储资源优化信息，并根据该信息将自身存储资源全部分配给某一个功能单元或分别分配给多个不同的功能单元。
4.根据权利要求1所述的一种微处理器中存储资源全局调度装置，其特征在于，所述的存储资源优化信息由指令编译阶段静态生成或根据系统整体运行状况动态生成或由控制及运算模块根据指令运行的统计信息和微处理器的状态信息动态生成。
5.一种如权利要求4所述的微处理器中存储资源全局调度方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)微处理器根据所运行的工作负载对于各功能单元的性能需求，静态或动态地生成存储资源优化信息； 2)全局调度分配器接收存储资源优化信息后，生成相应的存储资源分配控制信号，并通过全局控制总线将该控制信号传输给相关的存储器； 3)存储器接收到存储资源分配控制信号后对内部存储资源进行分配映射； 4)微处理器实时检测各存储器是否正常工作，若检测到某个或某些存储器存在故障则发出错误报告，并根据故障状态定位故障的位置，并禁止使用故障位置所对应的电路； 5)微处理器根据剩余的正常存储资源分布情况以及工作负载重新生成存储资源优化信息，并发送给全局调度分配器，返回步骤2)。
【文档编号】G06F13/16GK103970685SQ201310041565
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年2月1日 优先权日:2013年2月1日
【发明者】张志峰, 程茜, 任浩琪 申请人:同济大学