Cache Controller的研究和設計.pdf

1、Cache即高速緩存,是位于CPU和主存之間的規(guī)模小速度快的存儲器.Cache的工作原理是保存CPU中最常用的數(shù)據(jù).當Cache中保存著CPU要讀寫的數(shù)據(jù)時,CPU直接訪問Cache.由于Cache的速度與CPU相當,CPU能在零等待狀態(tài)下迅速地實現(xiàn)數(shù)據(jù)存取.只有在Cache中不含有CPU所需的數(shù)據(jù)時CPU才去訪問主存.Cache在CPU的讀取期間依照優(yōu)化命中原則淘汰和更新數(shù)據(jù).可以把Cache看成是主存與CPU之間的緩沖適配器,借助于

2、Cache,可以高效地完成DRAM內(nèi)存和CPU之間的速度匹配.因此,Cache是當今衡量計算機系統(tǒng)性能的一項重要指標.為了發(fā)展民族的CPU產(chǎn)業(yè),許多專家學者都在致力于研究有自己特色的CPU.北京凝思公司總裁宮敏博士就是其中之一,為了研制基于高端安全服務器的64位通用CPU,宮博士成立了研發(fā)隊伍,研制LX-1164 CPU芯片.作者有幸在夏宏博士的指導下參加這一工程,承擔LX-1164 CPU的高速緩存控制器(CCU)的邏輯設計和功能仿真

3、.該文介紹了我們所研制的基于安全服務器的64位通用CPU芯片中的快存控制器CCU(Cache Controller Unit)的設計原理和硬件實現(xiàn).LX-1164 CPU將采用0.18μmCMOS工藝,工作主頻為400MHz,安全、可靠、低功耗是其最大的特點.LX-1164具有獨立的32KB片內(nèi)數(shù)據(jù)高速緩存和32KB片內(nèi)指令高速緩存,通過CCU可以同時對指令Cache和數(shù)據(jù)Cache進行查詢.CCU采用ASIC的全定制電路設計方法,使用

4、先進的EDA設計工具進行邏輯設計與功能仿真.在設計上突破傳統(tǒng)思想的約束,采用可重構(gòu)技術(shù)降低Cache的功耗.所謂可重構(gòu)技術(shù)是指系統(tǒng)中的硬件結(jié)構(gòu)可以根據(jù)應用程序的需求進行重新配置.該課題中運用Cache重構(gòu)技術(shù)對Cache的組織結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)存儲方式進行改進和優(yōu)化,通過在Cache中設置控制邏輯和選擇合適的調(diào)整策略對Cache進行重構(gòu)從而實現(xiàn)對Cache容量的動態(tài)調(diào)整,同時采用壓縮的數(shù)據(jù)存儲方式減少Cache的存取量,從而大大地降低了Cach