[发明专利]一种基于多总线协议灵活转换的两级缓存互联结构

说明书

本发明涉及一种基于多总线协议灵活转换的两级缓存互联结构，由复位管理单元、总线协议转换单元、读请求处理单元、写请求处理单元、侦听请求处理单元和可编程仲裁单元组成，每个处理器核都有单独的互联单元来实现与二级缓存的互连通信，可以同时接收各个核发出的请求。复位管理单元可以实现二级缓存在复位后自动刷新功能。总线协议转换单元可以实现处理器核接口与二级缓存接口不同协议之间的转换。读请求处理单元与写请求处理单元分别对读操作和写操作进行分类处理，侦听请求处理单元实现两级缓存之间侦听请求信息的处理。可编程仲裁单元根据不同的仲裁配置实现各个处理器核与二级缓存之间读写及侦听信息的传输。

技术领域

本发明涉及多核处理器设计技术领域，涉及一种两级缓存互联结构，特别是一种适合于多个处理器核共享一个具有不同总线接口二级缓存的连接方式。

背景技术

目前，多核处理器已经替代单核处理器成为提高整体系统性能的主要研究方向，同时处理器性能的提高方式也从指令级并行转为了线程级并行。在应用线程级并行的处理器体系结构中，共享存储具有明显的优势而被广泛使用。

相对于传统的私有存储结构，由多个处理器核共享的二级存储系统可以大幅度降低一级缓存的缺失代价，提供有效的低延迟高带宽通信机制，并且为操作系统提供了一个全局性的地址空间以便于多进程应用程序在共享存储空间并行运行。

现在的具有共享存储的多核处理器架构中，所采用二级缓存接口都需要符合与处理器核总线接口相同的总线协议，特别是总线接口为符合串行总线协议的处理器在进行多核共享二级缓存结构设计时，多采用在连接有处理器master的串行总线上通过总线的slave接口与符合相同协议接口的二级缓存相连接的方式来实现，该连接方式类似于将二级缓存模块作为一个外部设备进行连接，由于串行总线的顺序执行特点，以及多个处理器核共用一条总线上的同一个二级缓存设备接口，因此当同时有多个核对共享二级存储空间进行访问时，则需要经过总线仲裁，未得到总线使用权的处理器核需要等待较长的时钟周期才能够对二级缓存进行访问，使得该连接方式无法充分开发多核处理器并行操作特性，从而限制了对系统整体运行速度的提高。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有连接方式的上述缺陷，提供一种基于多总线协议灵活转换的两级缓存互联结构，通过处理器总线接口与二级缓存总线接口之间的灵活转换设计，使得该互联结构不仅可以实现不同接口两级缓存之间的连接，而且还支持多个串行接口处理器核对共享二级缓存空间的同时访问，提高了处理器核读写访问的响应速度，可以提升多核处理器系统的访存性能。

本发明的技术方案是：一种基于多总线协议灵活转换的两级缓存互联结构，该互联结构包括可编程仲裁单元、N个互联单元；N大于等于1；

每个处理器核都有单独的一级缓存和总线接口，一级缓存通过总线接口与外部通信，N个处理器核共享二级缓存，二级缓存包括至少一个接口模块与可编程仲裁单元进行通信；处理器核与互联单元一一对应；

互联单元，用于实现处理器核总线接口与二级缓存接口之间的协议转换，接收处理器核发出读请求信息和写请求信息请求，生成对二级缓存的二级读请求信号、对二级缓存的二级写请求信号，发送给可编程仲裁单元；接收可编程仲裁单元发出的侦听请求，并生成侦听请求信号发送给处理器核；接收二级缓存的响应信号，反馈给处理器核；

可编程仲裁单元，根据二级缓存端口数量，对各互联单元发出的二级读请求信号或者二级写请求信号进行仲裁，保证二级缓存的每个端口同一时刻只有一个处理器核访问；将二级缓存端口发送的响应信号反馈给对应的互联单元；接收二级缓存发出的侦听请求并发送给互联单元。

上述基于多总线协议灵活转换的两级缓存互联结构还包括复位管理单元；

复位管理单元，接收外部输入的复位信号，在复位信号释放之后，向二级缓存发送刷新指令，使得二级缓存在复位之后所有遗留数据全部标识为无效状态。