面向块处理的多核系统互连及存储机制的研究

论文摘要

当前,在大量的应用环境中,高性能和高数据吞吐率是系统两个基本的性能要求。但是在多媒体处理、规则科学建模等领域,这些应用的处理对象往往是块数据,传统的一维线性存储器破坏了块数据的列与列之间的相邻性和连续性,可以说块数据这样的特点限制了处理器高性能的发挥,传统的结构难以提供高数据吞吐率以满足系统高性能计算的需求。针对上述问题,本文设计了一种面向块处理应用的多核体系结构,重点研究系统的互连和存储机制,意在提供一种高效的数据传输与存储方式,以满足各种应用的实时性要求。本文结合一般多核系统的架构和特点,和具体的块处理应用,如矩阵乘法、二维DCT和去块滤波,提出了一种二维块数据存储机制,并将其应用在本文设计的一个多核系统中,其中渗透着充分利用空闲资源、绿色环保、灵活的二维寻址和接口简单等特色。通过针对具体应用对系统进行的仿真和验证,结合综合布局布线的结果,分析出系统的综合性能指标,可以发现系统有较高的吞吐率、并行率和加速比,同时通过结合二维块数据存储机制,有效降低了存取数据的开销,得出结论是本系统确实可以在提高系统吞吐率和处理块数据方面有较出色的表现。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究方案
• 1.3 论文结构
• 第二章 多核系统和块处理应用相关概念
• 2.1 多核系统
• 2.1.1 多核系统的常见架构
• 2.1.2 多核系统的互连
• 2.1.3 多核系统的发展瓶颈
• 2.2 块处理应用
• 2.2.1 二维DCT
• 2.2.2 去块滤波
• 2.2.3 矩阵转置与乘法
• 2.2.4 多媒体数据的处理特点
• 2.3 利用多核进行并行计算
• 2.3.1 并行计算概述
• 2.3.2 矩阵的分解及计算
• 2.4 常见问题
• 2.5 本章小结
• 第三章 二维块数据存储机制
• 3.1 块数据的二维寻址
• 3.1.1 二维寻址的一般原理
• 3.1.2 局部二维寻址算法
• 3.1.3 矩阵乘法举例
• 3.2 二维块数据处理设计流程
• 3.3 本章小结
• 第四章 面向块处理的多核系统
• 4.1 多核系统架构介绍
• 4.1.1 系统架构
• 4.1.2 系统互连
• 4.2 多核系统模块介绍
• 4.2.1 总线部分
• 4.2.2 存储部分
• 4.2.3 DMA 部分
• 4.2.4 传输模块部分
• 4.3 多核系统的存储机制
• 4.3.1 块（block）内数据存储机制
• 4.3.2 块（block）内指令存储机制
• 4.3.3 块（block）间数据存储机制
• 4.4 多核系统的其他关键技术
• 4.4.1 异步时钟域的通信
• 4.4.2 系统的扩展性
• 4.5 本章小结
• 第五章 多核系统互连及存储性能评估
• 5.1 多核系统设计流程
• 5.1.1 RTL 级设计及验证
• 5.1.2 逻辑综合与物理设计
• 5.2 多核系统性能评估
• 5.2.1 系统参数
• 5.2.2 基于矩阵乘法的性能评估与对比
• 5.2.3 基于二维DCT 的性能评估与对比
• 5.2.4 基于去块滤波的性能评估与对比
• 5.2.5 系统吞吐率
• 5.3 多核系统的优势与劣势
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文