面向异构多核处理器的FPGA验证

随着处理器架构的发展,高性能异构多核处理器不断涌现.由于高性能异构多核处理器的设计十分复杂,为了降低设计风险,缩短验证周期,提前进行软件开发,复现硅后问题等,通常需要搭建现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)的原型验证平台,并基于FPGA平台开展种类繁多,功能各异的软硬协同验证和调试工作,提出的基于同构FPGA平台对异构多核高性能处理器的FPGA调试、验证方法,有效地利用了异构多核处理器的架构特征,同构FPGA的对称特点,以层次化的方法自顶向下划分FPGA,自底向上构建FPGA平台.结合差速桥、自适应延迟调节、内嵌的虚拟逻辑分析仪(virtual logic analyzer,VLA)等技术可快速完成FPGA平台的点亮(bring-up)和部署.所提出的多核互补,核间替换模拟的调试SHELL等方法可以快速完整地对目标高性能异构多核处理器进行FPGA验证.通过该FPGA原型验证平台,成功地完成了硅前验证,软硬件协同开发和测试,硅后问题复现工作,并为下一代处理器架构设计提供了快速的硬件平台.     

一种面向多核处理器的通用可调试性架构

硅后调试对于当代集成电路设计变得日益重要,用于辅助硅后调试的可调式性设计(DFD)应运而生.由于多核处理器往往包含多种不同类型的部件,每个部件都有各自的调试功能需求,极大地提高了可调式性设计的复杂度.针对上述问题,提出一种面向片上多核处理器的通用可调试性架构.该架构使用简单的监测器来监测和控制处理器中用于互连的片上网络,通过专门的调试总线将各个监测器与调试总控模块连接在一起,并使用EJTAG通用调试接口与外部调试主机传递信息.与传统的可调试性架构相比,该架构无需片上RAM,硬件代价低,具有模块化的特性.此外,文中提出的架构采用了工业界通用的EJTAG调试接口,因此通用性较高,已经被应用于龙芯-3B多核处理器中.实验结果显示,该架构可以在高频高数据带宽的环境下工作.     

片上多核处理器验证:挑战、现状与展望

随着集成电路工艺水平的不断提升以及应用对处理器性能要求的日益增长,验证已成为未来片上多核处理器发展的主要技术瓶颈.文中深入分析了片上多核处理器验证中状态空间大、完备性不足、存储结构与互连网络验证复杂、硅后验证困难等突出问题,系统地总结了片上多核处理器模拟验证、硬件仿真、形式验证、硅后验证等方面的研究进展,并对该领域未来的发展方向进行了分析与展望.     

多核处理器——技术、趋势和挑战

多核处理器已经成为当前微处理器技术发展的重要方向.介绍了多核处理器的起源和发展现状,分析了多核处理器技术的发展趋势.重点讨论了多核处理器技术涉及的片上网络、存储结构设计、编程接口以及资源管理等关键技术;在此基础上,进一步探讨了多核处理器的发展所面临的主要挑战.     

多核处理器平台资源管理的若干问题研究

在多核处理器体系结构中,同一芯片上集成了多个处理器核心,它们共享片上多种硬件资源。介绍了多核处理器技术的发展;提出了多核处理器平台上资源管理的相关问题;针对处理器管理和共享Cache管理中的若干关键问题进行了较深入的探讨。     

一种多核SoC系统的多源看门狗设计技术

介绍了一种内含多个DSP处理器核的SoC系统中的看门狗电路.随着对大规模SoC系统可靠性和稳定性要求的提高,在多核SoC系统中设计看门狗电路能够对多个处理器核进行监控和异常情况处理,并自动重启恢复SoC系统的工作.介绍了该多核SoC系统中的看门狗硬件逻辑和功能特性,并对看门狗工作流程和多核多源看门狗相互协调技术的运行方法进行了说明.测试结果表明,所设计的多核SoC系统中的多源看门狗能够监控SoC系统的运行状态,并在核定周期时间内在没有接收到喂狗信号后复位整个SoC系统,自动复位后重新工作.     

片上多核处理器Cache一致性协议优化研究综述

现代晶体管技术在单芯片上集成多个处理器已经成为现实.近年来,随着多核处理器集成核数的不断增加,高速缓存的一致性问题凸显出来,已成为多核处理器的性能瓶颈之一,亟待解决.本文介绍了片上多核处理器一致性问题的由来.总结了多核时代高速缓存一致性协议设计的关键问题,综述了近年来学术界对一致性的研究.从程序访存行为模式、目录组织结构、一致性粒度、一致性协议流量、目录协议的可扩展性等方面,阐述了近年来缓存一致性协议性能优化的方向.对目前片上多核处理器缓存一致性协议设计中存在的问题进行了讨论,并指出了未来进一步研究的方向.     

异构处理器多操作系统协同技术研究

随着嵌入式设备应用场景日趋复杂的变化,异构多核架构逐渐成为嵌入式处理器的主流架构.目前,多核处理器主要采用的单操作系统模式在实际应用中存在诸多局限性.为了充分发挥异构处理器的多核特性,针对异构处理器不同核部署相应的操作系统并实现多操作系统协同处理技术至关重要.本文对异构多核处理器（ARM+DSP）操作系统进行了研究,在异构多核平台上成功移植了嵌入式Linux和国产DSP实时操作系统ReWorks;为实现ReWorks与Linux操作系统协同处理,本文对核间通信的关键技术进行分析研究,并以TI公司的AM5718为例,设计了一系列多核异构通信组件.经测试,本文设计的异构通信组件实现了在ARM上对DSP核进行ReWorks操作系统和应用程序的动态加载、Linux与ReWorks核间消息收发、以及Linux与ReWorks的协同计算等功能.     

多核与容错技术

随着多核处理器的流行,其高度的并行能力进一步提高了目前处理器的整体运行速度,同时,多核处理器本身的高集成度也使其故障率显著上升,从而限制了多核处理器在高可靠性方面的应用。本文描述了多核处理器上常用的容错技术和主要的研究成果,并分析和总结了目前处理器容错技术方面的研究热点和未来的发展方向。     

多核处理器体系结构软件仿真技术：研究综述

由于单核处理器的处理能力已经接近极限，很难再有提高，人们将目光投向了多核处理器体系结构。在处理器体系结构的设计中，体系结构软件仿真技术是最重要的一个方面。本文首先介绍处理器体系结构仿真技术的概念、分类、目的和意义，然后讨论多核处理器体系结构仿真技术的现状和面临的问题；分析了多核处理器软件仿真技术的复杂性；比较和分析了当前主流技术的优缺点。由于多核处理器体系结构的研究处于初期阶段，因此多核处理器体系结构仿真领域面临着诸多挑战和机遇。本文最后指出了多核处理器体系结构软件仿真技术今后的研究方向。     

多核处理器YHFT-QDSP的调试系统

YHFT-QDSP是一款多核处理器。为满足其并发调试和实时调试的需要,在原有单核调试系统的基础上设计实现了多核同步调试系统和片上实时追踪系统（片上Trace）。多核同步调试提供了命令广播和断点同步触发等并发程序协同调试的功能;片上Trace通过专用硬件记录程序执行路径和数据读写等信息实现非入侵实时调试。本文从原理、结构和
软硬件实现等方面介绍了该调试系统。     

超大规模集成电路可调试性设计综述

随着硬件复杂度的不断提高和并行软件调试的需求不断增长,可调试性设计已经成为集成电路设计中的重要内容.一方面,仅靠传统的硅前验证已经无法保证现代超大规模复杂集成电路设计验证的质量,因此作为硅后验证重要支撑技术的可调试性设计日渐成为大规模集成电路设计领域的研究热点.另一方面,并行程序的调试非常困难,很多细微的bug无法直接用传统的单步、断点等方法进行调试,如果没有专门的硬件支持,需要耗费极大的人力和物力.全面分析了现有的可调试性设计,在此基础上归纳总结了可调试性设计技术的主要研究方向并介绍了各个方向的研究进展,深入探讨了可调试性结构设计研究中的热点问题及其产生根源,给出了可调试性结构设计领域的发展趋势.     

龙芯3号处理器多核虚拟化技术

MIPS 处理器是精简指令集（RISC）处理器中的一个重要代表,通常应用于嵌入式系统中.近年来,随着MIPS处理器性能的大幅度提升,其应用渐渐扩展到了高性能服务器领域.龙芯3号处理器是MIPS架构的典型代表.在目前的服务器研究领域中,多核技术是一项重要的技术指标,而虚拟化技术是另一项重要的技术指标.当前,虽然虚拟化技术得到了快速发展,但是龙芯3号处理器上的虚拟化技术却鲜有成果.基于龙芯3号处理器的多核虚拟化技术面临许多问题,虚拟多核架构结构复杂、核间通信方式难以模拟等都会为龙芯3号处理器上的多核虚拟化带来困难.分析了多核龙芯3号处理器的硬件结构以及物理多核的核间中断通信方式,在此基础上介绍了龙芯3号处理器上多核虚拟化关键技术.主要在多核处理器虚拟化总体架构设计、虚拟多核结构设计以及虚拟多核的核间通信方式等方面进行了讨论.实验的结果表明,在龙芯3号处理器上,该多核虚拟化方法具有良好的效果.     

嵌入式处理器在片调试功能的设计与实现

以龙芯1号处理器为研究对象,探讨了嵌入式处理器中在片调试功能的设计实现方法.通过扩充IEEEP1149.1协议的JTAG测试访问端口（TAP）,并在处理器内部增加控制模块,实现了软件调试断点、调试中断、硬件断点以及单步执行等多种在片调试功能.调试主机只需要通过一根JTAG调试电缆就可以访问目标处理器内部寄存器等各种资源,并控制目标处理器的运行过程,实现了处理器的在片调试功能,大大地方便了软件开发与系统调试.     

不确定性MPI／PVM程序的完全调试

讨论如何完全地调试不确定性MPI／PVM并行程序．在循环调试过程中,不确定性导致前次遇到的错误在以后的执行中很可能无法再现．基于MPI／PVM的FIFO通信模型,给出一种记录－重放技术的实现．通过可控制的重放,用户可以覆盖所有可能的程序执行路径,从而达到完全调试的目的．和其它方法相比,所提供的方法所需时空开销要小得多．此技术已在两种消息传递体系结构上得到实现：一种是曙光－2000超级服务器（由国家智能计算机研究中心开发）,它由单处理器（PowerPC）结点经MESH网互联而成;另一种是国家高性能计算中心（     

嵌入式处理器调试系统的设计考虑

调试系统是嵌入式处理器中不可或缺的功能模块之一，分析了常规的Angel调试系统和嵌入式ICE调试系统设计思想的优缺点，提出了协处理器映射和采用Mini I-Cache技术的嵌入式处理器调试系统，阐述了该系统的设计思想和实现，剖析了设计的新颖之处。性能评测表明，新的调试系统能够显著地提高嵌入式处理器的调试性能。     

Monte Carlo implementation of financial simulation on Cell/B.E. multi-core processor

The processor evolution has reached a critical moment in time where it will soon be impossible to increase the frequency much further. Processor designers such as Motorola, Intel and IBM have all realised that the only way to improve the FLOP/Watt ratio is to develop multi-core devices. One of the most current examples of multi-core processors is the new Sony/Toshiba/IBM Cell/B.E. multi-core processor. For the suitability to run in parallel, Monte Carlo methods are often considered embarrassingly parallel. This paper describes how a common Monte Carlo based financial simulation can be calculated in parallel using the Cell/B.E. multi-core processor. The measured performance with the achieved multi-core speed-up is also presented. With the recent availability of this increasingly available technology, financial simulations can now be performed in a fraction of the time it used to. This can also be achieved with a limited power and volume budget using commercially available technology. The main challenge with multi-core devices is clearly the programmability. The work presented here describes how this challenge could be dealt with.A basic MPI library has been developed to handle the partitioning and communication of data. The thread creation follows a POSIX thread creation model. MPI together with POSIX make the application portable in between various multi-processor systems and multi-core devices. The conclusions made indicate that a function offload MPI implementation on the Cell/B.E. multi-core processor can efficiently be used to speed-up the Monte Carlo solution of financial simulations. The conclusions made herein are also applicable to other situations where an algorithm can be easily parallelized.     

多核处理器电压调节模块的研究与实现

随着计算机技术的飞速发展,多核处理器已得到广泛的应用。本文详细介绍了某高性能计算机中多核处理器的电压调节模块的实现方法,并对主电路、输出滤波器、反馈补偿电路等部分进行了详细设计和参数计算。应用结果表明,该电压调节模块完全满足多核处理器的供电要求。     

基于多核并行的海量数据序列模式挖掘*

为了在多核处理器上充分利用多核资源以提升挖掘性能,提出了一种动态与静态任务分配机制相结合的基于多核的并行序列模式挖掘算法。该算法采用数据并行与任务并行相结合的策略,在各处理器核生成局部序列模式后,再与其他处理器核协同,以最终获得所有的全局序列模式。算法通过并行局部归约技术消除了局部序列的重复生成与计算,并可结合静态与动态任务分配机制解决处理器的负载不均衡问题。理论分析和实验都证实了该算法可有效利用多核计算平台及多核体系结构优势,具有较高的运行效率和加速比。