[发明专利]支持有限共享的向量数据访存控制方法及向量存储器

说明书

技术领域

本发明涉及计算机体系结构的向量处理器技术领域，具体涉及一种面向无线通信应用的向量处理器中支持有限共享的向量数据访存控制方法及向量存储器。

背景技术

随着面向数据和计算密集型应用的4G无线通信技术和集成电路工艺的发展，基于软件定义无线电（Software Defined Radio，SDR）的向量处理器通常采用超长指令字（Very Long Instruction Word，VLIW）体系结构，片内集成多个向量处理单元构成的向量处理部件（Vector Processing Unit，VPU），以SIMD方式进行运算操作，以开发向量处理器的指令级和数据级并行性、满足数据实时处理需求为应用目标。因此，如何为向量处理单元提供充足的数据带宽、减少向量处理单元内部数据的混洗等额外操作、提高算法的访存效率和降低功耗，成为向量存储系统设计中面临的重要问题。由于面向SDR的应用需要处理大量的视频、音频等流媒体信号，此类数据往往缺乏空间局部性和可重用性，同时又具有较高的实时处理需求，目前由于多路向量存储体（Vector BANK，VB）低位交叉编址组织结构的向量存储器（VM）以访存延时的确定性优势取代了通用的高速缓存（Cache）存储结构，成为向量处理器主要的片内存储结构。

向量存储器（VM）主要用来实现向量处理单元的向量数据访存需求，并通过直接存储器访问控制器 (Direct Memory Access，DMA)完成片内外的数据交互。目前一般的访存控制器为了实现访存的方便快捷，只支持向量处理单元与向量存储器中的向量存储体一一对应的访存方式，即某一个向量处理单元只能访问某个固定VB内的数据，不能共享其他VB中的数据，多个向量处理单元之间的数据交互只能通过混洗等额外操作完成，如Stanford 的Imagine流处理器。因为DMA是按字节、半字或字等可编程字节粒度和程序员可见的存储器映射空间访问片内存储器的，而VPE访问VM时只需看到自己所能访问的VB的地址空间。这一访存方式存在以下问题：

1. DMA和VPE访问的向量存储器的编址空间不一致。

2.一般N路SIMD结构的微处理器要求向量访存地址按N字边界对齐才能最大限度的存取数据，即各向量处理单元必须与对应的向量存储体一一对应才能高效完成SIMD操作。

因此对于访存情况复杂的算法，向量处理单元之间的数据交互将完全由混洗单元完成，造成输入数据的组织过程较繁琐，除了所需访存指令，还需要大量额外的混洗指令，这大幅降低了实际访存效率。

此外，在音频、视频数字信号处理中存在大量的滤波、自相关、图像匹配等算法，此类算法都有一个共同的特点，每一运算结果都需要跨步为1的连续的样本数据。下面以基本的有限冲击滤波算法（FIR）为例进行说明。FIR算法如下：

假设=1024，=16，数据均为定点32位，对于16路SIMD操作，要计算出全部，系数只需要1次向量读操作，样本数需要64次（1024/16）向量读操作和64次向量写操作即可完成所有数据的读写。如果向量存储器只支持数据对齐的访问操作，则需要增加2*64=128次的混洗操作，不仅降低的计算效率，还大幅增加了代码量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种硬件实现代价低、支持向量数据有限共享和非对齐访问的支持有限共享的向量数据访存控制方法及向量存储器。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种支持有限共享的向量数据访存控制方法，其实施步骤如下：

1）将向量存储器的N路向量存储体进行统一编址；

2）获取向量访存指令的访存信息，将访存信息中的向量地址分解为行地址和共享移位地址，将所述行地址对应N路向量存储体编址复制扩展成N个行地址，将N个行地址根据所述共享移位地址进行移位循环整理、并结合所述访存信息生成N套访存信息；

3）将所述共享移位地址和N套访存信息分别发送给各向量存储体的访存流水线；如果当前向量访存指令为读指令，则获取N路向量存储体访存流水线读取的写回数据，将所述N路写回数据根据所述共享移位地址进行反向移位循环整理得到N套写回数据，将所述N套写回数据发送给向量处理器中对应的向量处理单元。

作为本发明支持有限共享的向量数据访存控制方法技术方案的进一步改进：