X处理器流指令发射机制研究及硬件实现

作     者：梁志勇 

作者单位：国防科学技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邢座程

授予年度：2006年

学科分类：08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：流处理 流编程 指令发射 流控制器 记分牌电路 

摘      要：随着计算机在各个领域的广泛应用,流应用逐步成为微处理器的主要负载。针对流应用所具有的不同于传统程序的特点,许多新兴的流体系结构正成为微处理器研究的热点。本课题所属的项目——X处理器的研制,实现的就是一款新型流处理器。X处理器采用适合于流应用的流体系结构,在程序设计上分为流级和核心。 在对流级程序深入研究的基础上,本文设计了X处理器的流级指令集,X处理器流级指令共13条,采用变长指令格式,从功能上分为控制字读写类、流传输类、同步类、计算类4种。本文分析了流级指令的发射与执行机制,流级指令由运行在X处理器上的软件驱动模块动态产生,在满足指令发送条件下,顺序发送到X处理器上执行。 在分析了流指令执行特点的基础上,本文设计并实现了X处理器上的流指令发射部件——流控制器。流控制器采用显式记分牌结构,动态发射流指令,最终实现为单发射形式。流控制器中的指令队列,可以支持流指令的入队、发射选择、指令的离队同时进行。 本文还完成了对设计实现的流控制器的模拟验证,经过模块级、流水线级、系统级三个层次的测试,验证了设计的正确性。流控制器的综合结果显示,流控制器的工作频率能达到500MHz以上,符合设计要求。 最后,结合流程序在X处理器上的运行情况,证明了流指令的发射不是系统的性能瓶颈。针对流控制器中指令队列使用效率低下的问题,分析了原因,进一步探讨了改进的方案。