基于片内WISHBONE总线的高速缓存一致性实现(通用3篇)
基于片内WISHBONE总线的高速缓存一致性实现 篇一
在计算机系统中，高速缓存一致性是一个重要的问题。高速缓存一致性指的是当多个处理器或多个核心共享同一块内存区域时，保证各个缓存中的数据是一致的。本文将介绍一种基于片内WISHBONE总线的高速缓存一致性实现方法。
WISHBONE总线是一种开放式的总线标准，在嵌入式系统中被广泛应用。它定义了一组信号和通信协议，用于连接处理器、内存和外设。通过使用WISHBONE总线，可以简化系统设计，提高系统性能。
为了实现高速缓存的一致性，我们可以在片内使用WISHBONE总线来进行缓存的操作和数据传输。具体而言，我们需要在每个处理器核心中添加一个高速缓存控制器，用于处理缓存的读写操作和维护缓存一致性。
在实现高速缓存一致性时，需要解决两个核心问题：缓存的一致性维护和缓存的一致性协议。对于缓存的一致性维护，我们可以使用一致性协议来确保各个缓存中的数据是一致的。而缓存的一致性协议可以通过WISHBONE总线上的信号和通信协议来实现。
一种常用的缓存一致性协议是MESI协议，它定义了四种缓存状态：修改（Modified）、独占（Exclusive）、共享（Shared）和无效（Invalid）。通过使用这些状态和相关的协议规则，可以实现对缓存数据的一致性管理。
具体实现上，我们可以在每个处理器核心中添加一个高速缓存控制器模块，用于处理缓存的读写操作和维护缓存一致性。该模块可以通过WISHBONE总线与处理器核心和内存进行通信。在缓存读写操作时，缓存控制器可以根据缓存一致性协议进行相应的操作，并将数据读取或写入到缓存中。
通过使用基于片内WISHBONE总线的高速缓存一致性实现，可以提高多核处理器系统的性能和可扩展性。在多核系统中，各个处理器核心可以共享同一块内存区域，通过高速缓存一致性实现对共享数据的一致性管理。同时，使用WISHBONE总线作为通信接口，可以简化系统设计和实现。
综上所述，基于片内WISHBONE总线的高速缓存一致性实现是一种有效的解决方案。通过使用WISHBONE总线和缓存一致性协议，可以实现对多核系统中共享数据的一致性管理，提高系统性能和可扩展性。
基于片内WISHBONE总线的高速缓存一致性实现 篇二
在计算机系统中，高速缓存一致性是一个重要的问题。高速缓存一致性指的是当多个处理器或多个核心共享同一块内存区域时，保证各个缓存中的数据是一致的。本文将介绍一种基于片内WISHBONE总线的高速缓存一致性实现方法。
在多核处理器系统中，各个处理器核心的高速缓存会存储一部分共享数据。当某个处理器核心对共享数据进行修改时，需要保证其他处理器核心的高速缓存中的数据是最新的。否则，可能会出现数据不一致的情况，导致程序执行错误。
为了实现高速缓存的一致性，可以使用基于片内WISHBONE总线的方案。WISHBONE总线是一种开放式的总线标准，具有高性能和灵活性。通过使用WISHBONE总线，可以简化系统设计，提高系统性能。
在基于WISHBONE总线的高速缓存一致性实现中，可以使用一致性协议来维护缓存的一致性。一种常用的一致性协议是MESI协议，它定义了四种缓存状态：修改（Modified）、独占（Exclusive）、共享（Shared）和无效（Invalid）。通过使用这些状态和相关的协议规则，可以实现对缓存数据的一致性管理。
具体实现上，可以在每个处理器核心中添加一个高速缓存控制器模块，用于处理缓存的读写操作和维护缓存一致性。该模块可以通过WISHBONE总线与处理器核心和内存进行通信。在缓存读写操作时，缓存控制器可以根据缓存一致性协议进行相应的操作，并将数据读取或写入到缓存中。
通过使用基于片内WISHBONE总线的高速缓存一致性实现，可以提高多核处理器系统的性能和可扩展性。在多核系统中，各个处理器核心可以共享同一块内存区域，通过高速缓存一致性实现对共享数据的一致性管理。同时，使用WISHBONE总线作为通信接口，可以简化系统设计和实现。
综上所述，基于片内WISHBONE总线的高速缓存一致性实现是一种有效的解决方案。通过使用WISHBONE总线和缓存一致性协议，可以实现对多核系统中共享数据的一致性管理，提高系统性能和可扩展性。
基于片内WISHBONE总线的高速缓存一致性实现 篇三
基于片内WISHBONE总线的高速缓存一致性实现
摘要：基于IP可重用的设计方法，利用WISHBONE总线协议，把两个已成功开发出的具有自主知识产权的THUMP内核在一个芯片上，实现了片上多处理器FPGA。开发重点是实现基于片内WISHBONE总线的高速缓存一致性协议。清华大学嵌入式微处理器芯片设计为国家重点863项目，单芯片多处理器设计为项目的一个延伸。单芯片多处理器是提高处理器性能的有效途径，具有低耦合度、粗粒度并行性的主要特点。清华大学已成功开发出具有自主知识产权的MIPS 4Kc架构的32位微处理器--THUMPl07。该处理器具有内核性能高、面积小、功耗低的优点。使其经过裁减非常适合作为单芯片多处理器的内核。
本次单芯片多处理器的设计将两个Thumpl07内核集成在一个芯片上，两个内核处于完全对等地位，实现进程级的粗粒度并行。由于已经具有可以利用的内核，开发的重点就集中在高速缓存(Cache)一致性的实现上。芯片采用了基于内部总线写更新监听的高速缓存一致性协议，具有控制逻辑简单、可扩展性好的'特点。内部总线采用适合片上系统通信、高可配置性的WISHBONE总线。使用该片上总线有效地解决了IP核可移植性、设计复用的问题[2l]。
1 WISHBONE总线
WISHBONE最先由Silicore公司提出，现在被移交给OpenCores组织维护。由于其开放性，现在已有不少用户群体。特别是一些免费的IP核，大多数都采用WISH-BONE标准。该总线结构具有公用的接口规范方便结构化设计，有效地解决了IP核可移植性、设计复用的问题。
WISHBON耳总线为半导体内核提供了可配置的互连方式，能够使各种内核互连起来形成片上系统；WISH-BONE总线具有很强的兼容性，提高了设计的可重用性；WISHBONE总线的接口独立于半导体技术，其互连方式既可以支持FPGA设备，也可以支持ASIC设备；WISHBONE总线协议简单、易懂。
WISHBONE总线是一种主／从接口架构的总线技术，如果具有有效的仲裁机制，总线系统可以支持多个ne／从接口；WISHBONE总线的可配置性主要体现在支持点到点、共享总线、数据流、交叉开关型的互连方式；WISHBONE总线协议既包含了一种容易使用、可靠性高、易测试、所有总线事务都可以在一个时钟周期内协同的同步传输协议，也包含了标准时钟周期的异步传输协议；WISHBONE总线的同步传输协议可以工作在一个大范围的时钟频率上。这样WISHBONE总线接口既可以与内核时钟周期同步，也可与不同的目标设备同步，时序都非
·简单、紧凑的硬件逻辑接口，需要更少的逻辑门；
·支持流行的单字读／写、块读／写、读-修改-写的总线协议；
·可调整的总线和操作数位宽；
·支持大端(big endian)和小端(1ittle endian)两种数据表示方法；
·握手协议能够控制数据传输速率；
·支持单周期数据传输；
·从接口的部分地址解码；
·根据系统需要，用户可自定义增加接口信号；
·系统包含多个MASTER接口时，用户可以自定义总线仲裁方式与算法。
图2
2 实现方案
单芯片多处理器的每个内核都有分离的16KB指令高速缓存(1Cache)和16KB数据高速缓存(DCache)；指令高速缓存和数据高速缓存都采用两路组相联的映射方式；每块都包含8个字；采用虚拟地址定位、物理地址比较的寻址方法；替换方式为LBU(最近最少使用替换)。
指令高速缓存不涉及一致性问题，不多做说明。数据高速缓存采用基于监听总线的写更新一致性协议Dragonl[3]
协议状态说明见表1。
表1 协议状态
确定一致性协议后，单芯片多处理器的数据高速缓存单元整体设计见图1。
