]控制模块，包含高速缓存容量与组相联度配置寄存器，缓存阵列管理器以及缓存访问控制器。高速缓存容量与组相联度配置寄存器用于根据程序具体需求动态改变高速缓存容量及组相联度。缓存阵列管理器根据高速缓存容量与组相联度配置寄存器的配置，控制不同数量标签存储器块及数据存储器块工作。缓存访问控制器根据接口模块的从设备接口模块发送的访问请求，访问正在工作的存储器块，当访问请求未命中时，将请求发给接口模块的存储器接口模块，以完成一次下一级存储器访问和缓存回填。
[0035]接口模块包含从设备接口模块和存储器接口模块。存储器接口模块访问下一级存储器，接收所述控制模块的请求访问下一级存储系统，向所述控制模块返回数据或响应信息。从设备接口模块接收处理器或其他主设备的读写访问请求，将访问请求发送给控制模块，并向处理器或其他主设备返回数据或响应信息。
[0036]软件可修改容量与组相联度配置寄存器内容，以配置不同的容量与组相联度。
[0037]缓存阵列管理器根据容量与组相联度配置寄存器配置信息，选定需要工作的标签存储器块和数据存储器块。下面介绍不同的配置信息如何改变高速缓存的容量和组相联度，并进行功耗管理。
[0038]假设高速缓存行大小为4byte，最低可配置容量为2k，组相联度配置为2路。请求地址设为32位。如图3所示，两块标签存储器块及两块数据存储器块被启用，图中实线所示模块，时钟由缓存阵列管理器输入。其他标签存储器块和数据存储器块均没有时钟输入，处于休眠状态，图中虚线所示模块。数据存储器块与标签存储器块缓存行一一对应。请求地址来自缓存访问控制器，9:2位用于索引缓存行，共索引1024个缓存行；高22位地址与索引所得缓存行标签进行比较。每一路缓存容量为lk，被索引到的缓存行以灰色表示。由于组相联度为两路，高位地址需要与第一路、第二路索引行的地址分别进行比较。由于并不需要第三路、第四路标签比较，相关模块处于低功耗状态。标签比较当高位地址与缓存行标签相等，并且有效位为1，则该缓存行命中。索引到的两个缓存行数据通过二选一选择器输出，选择信号由各路标签比较的结果生成。
[0039]通过修改容量与组相联度配置寄存器，可将缓存容量扩大一倍，如图4所示。四块标签存储器及四块数据存储器被启用，时钟由缓存阵列管理器输入。其他标签存储器块和数据存储器块均没有时钟输入，处于休眠状态。该配置下，10:2位用于索引缓存行，共索引2048个缓存行；高21位地址与索引所得缓存行的标签进行比较，被索引到的缓存行以灰色表示。组相联度为两路，高位地址需要与第一路、第二路索引行的地址分别进行比较。由于并不需要第三路、第四路标签比较，相关模块没有启用。当高位地址与缓存行标签相等，并且有效位为1，则该缓存行命中。索引到的两个缓存行数据通过二选一选择器输出，选择信号由各路标签比较的结果生成。
[0040]修改容量与组相联度配置寄存器，将组相联度扩大一倍，如图5所示。四块标签存储器及四块数据存储器被启用，时钟由缓存阵列管理器输入，图中实线所示模块。其他标签存储器块和数据存储器块均没有时钟输入，处于休眠状态，图中虚线所示模块。该配置下，9:2位用于索引缓存行，共索引1024个缓存行；高22位地址与索引所得缓存行的标签进行比较。被索引到的缓存行以灰色表示。组相联度为四路，高位地址需要与第一路、第二路、第三路、第四路索引行的地址分别进行比较。因此四个标签比较电路模块均启用。当高位地址与缓存行标签相等，并且有效位为1，则该缓存行命中。索引到的4个缓存行数据通过四选一多路选择器输出，选择信号由各路标签比较的结果生成。
【主权项】
1.一种支持容量与组相联度灵活可配的核外高速缓存装置，其特征在于:所述高速缓存装置包括: 控制模块，包含高速缓存容量与组相联度配置寄存器，缓存阵列管理器以及缓存访问控制器，根据不同应用的需求动态控制不同数量标签存储器块及数据存储器块工作，实现不同缓存容量及组相联度，并且与接口模块交互，控制缓存数据访问与数据回填； 缓存阵列模块，包含若干标签存储器块及数据存储器块，根据高速缓存容量与组相联度配置寄存器的设置，使用不同数量标签存储器块及数据存储器块，实现不同容量及组相联度；其中，所述标签存储器存储块请求地址的高位标签及缓存有效位，所述数据存储器块存储请求数据； 接口模块，包含存储器访问接口模块和从设备接口模块，所述存储器接口模块访问存储器，接收所述控制模块的请求访问下一级存储系统，向所述控制模块返回数据或响应信息；所述从设备接口模块接收处理器或其他主设备的读写访问请求，将访问请求发送给控制模块，并向处理器或其他主设备返回数据或响应信息。
2.如权利要求1所述的支持容量与组相联度灵活可配的核外高速缓存装置，其特征在于:所述缓存阵列模块中包含若干块标签存储器块和相同数目数据存储器块，根据所述高速缓存容量与组相联度配置寄存器配置信息，标签存储器块与数据存储器块一一对应。
3.如权利要求1或2所述的支持容量与组相联度灵活可配的核外高速缓存装置，其特征在于:所述标签存储器块均为存储宽度与深度相同的存储器块，所述数据存储器块均为存储宽度与深度相同的存储器块。
4.如权利要求1或2所述的支持容量与组相联度灵活可配的核外高速缓存装置，其特征在于:所述缓存阵列管理器中，根据容量与组相联度配置寄存器配置信息，选定需要工作的标签存储器块和数据存储器块，并输出时钟；对于未选定的标签存储器块和数据存储器块，采用门控时钟关闭其时钟。
5.如权利要求1或2所述的支持容量与组相联度灵活可配的核外高速缓存装置，其特征在于:所述缓存访问控制器中，根据请求地址，仅索引已选中的标签存储器和数据存储器。
6.如权利要求1或2所述的支持容量与组相联度灵活可配的核外高速缓存装置，其特征在于:所述缓存访问控制器中，在收到访问请求时访问正在工作的存储器块，在访问请求未命中时，将请求发给接口模块，以完成一次存储器访问和缓存回填。
【专利摘要】一种支持容量与组相联度灵活可配的核外高速缓存装置，包括：控制模块，包含高速缓存容量与组相联度配置寄存器，缓存阵列管理器以及缓存访问控制器，根据不同应用的需求动态控制不同数量标签存储器块及数据存储器块工作，实现不同缓存容量及组相联度，并且与接口模块交互，控制缓存数据访问与数据回填；缓存阵列模块，包含若干标签存储器块及数据存储器块，所述标签存储器存储块请求地址的高位标签及缓存有效位，所述数据存储器块存储请求数据；接口模块，包含存储器访问接口模块和从设备接口模块。本发明满足不用应用对性能和功耗的需求、适应性更强。
【IPC分类】G06F12-08
【公开号】CN104778130
【申请号】CN201510208562
【发明人】黄欢欢, 戎杰杰, 尚云海
【申请人】杭州中天微系统有限公司
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月28日