基于SimpleScalar的龙芯CPU模拟器Sim-Godson

现代高性能通用处理器的设计越来越复杂,模拟器在处理器设计中所起的作用越来越大.龙芯2号是中国科学院计算技术研究所研制的高性能通用处理器.最早开发的龙芯2号的模拟器ICT-Godson是信号级模拟器,它模拟了处理器的所有细节,十分准确,但速度和灵活性有较大限制.文章基于SimpleScalar工具集,设计并实现了龙芯2号的模拟器Sim-Godson.Sim-Godson具有高速度和高灵活性的优点,且准确性也很高.在3.0GHz的Pentium4微机上,Sim-Godson速度约为500K指令/s.大部份测试程序在Sim-Godson上的IPC(Instruction Per Cycle)与ICT-Godson相差不到5%,达到了很高的准确性.Sim-Godson在龙芯2号的性能分析工作中发挥了重要作用.     

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.     

一种基于龙芯一号CPU的高效Flash控制器

为了提高Flash存储设备读写效率,满足CM数据存储的时效性需求,借鉴cache和queue技术,设计一款基于AHB具有Burst读和非阻塞写功能,可重构的Nor Flash控制器.在基于龙芯一号CPU的双向有线网络SoC平台上对其进行了仿真验证,实验表明,在cache和queue的大小为0.5K时.使用该技术Flash的读写速度分别提高了3.3倍和4倍.同时,非阻塞机制提高系统利用率,可重构机制节省了硬件资源.     

龙芯3号互联系统的设计与实现

龙芯3号的互联结构设计采用了一种基于二维Mesh的可伸缩分布式多核结构,可为芯片级、主板级和系统级的互联提供统一的拓扑结构和逻辑设计.龙芯3号的对外接口采用扩展的HyperTransport协议,既可以用于连接IO,又可以实现多芯片的互联.在龙芯3号的互联结构中还设置了软件路由配置机制,可以在板级直接构筑中等规模的CC-NUMA系统和更大规模的NCC-NUMA系统,提供高效的通信机制.介绍了基于龙芯3号的多处理器系统互联架构.采用了双层可伸缩互联结构：片内由二维Mesh连接多个结点,结点内由交叉开关连接多个处理器核和二级缓存模块.片间无需额外硬件支持即可通过支持缓存一致性的HyperTransport接口实现16核的多处理器系统.利用层次化目录技术,龙芯3号还可以支持更大规模的多处理器系统.龙芯3号的互联架构为搭建简洁、高效、灵活、高度可扩展的共享存储多处理器系统提供了有力支持.     

SimTile:片状多核处理器的高效模拟器(英文)

传统的基于共享总线的多核芯片随着核心数增加产生了瓶颈问题。新型TiledCMP(chip multiprocessor)的结构设计中,片上核心互联网络对提高扩展能力和执行效率起到了重要作用。为了实现低延迟、高带宽的核心通信,高速点对点网络方式的片上多核互联结构模拟成为研究的热点。抽象片上Tiled方式16核功能单元结构,设计实现了SimTile模拟器,可提供配置灵活、功能单元齐全的片上多核处理器设计,支持高效率的全局共享缓存、高速片上路由结构。模拟器采用模块化的组件配置方式,片上核心数量与互联网络结构、数据一致性协议、全局寄存器通信与cache共享模式等,均可通过精简的参数调整。实验表明模拟器执行效率较高,为片上多核研究提供了灵活、高效并具备可扩展性的新平台。     

龙芯链接后优化器设计与分析

链接后优化技术是在编译链接后对整个程序再进行优化的一种技术．它克服了传统编译器优化局限于一个函数、一个模块的缺点,将优化范围扩展到整个程序,并且充分利用了链接后确定的信息．参照Arizona大学为Alpha处理器设计的链接后优化器ALTO,针对龙芯2号处理器的微体系结构和指令集的特征,设计了龙芯上的链接后优化器GLTO（Godson link time optimizer）．GLTO使得龙芯处理器SPEC2000定点程序ref分值提高了9．4％,具有显著的优化效果．分析了主要优化策略的效果和产生的原因,提出了处理器的结构设计中的改进设想,并将GLTO与ALT0做了对比分析．     

基于龙芯多路处理器平台的操作系统实验课程改革

操作系统是计算机科学与技术专业重要的主干课程,随着微处理器技术的不断发展,如何在操作系统层次发挥多核处理器的性能成为近年来的研究热点。文章从操作系统原理实验课程出发,以龙芯多路处理器平台为载体,提出分层次的操作系统实验改革方案,阐述如何通过不同层次、不同考核目标的实践教学方案,强化学生的动手能力和系统层软件开发能力,对提高学生对操作系统运行机理理解有重要意义。     

一种基于龙芯CPU的结构级功耗评估新方法

如何有效地利用处理器消耗的能量而得到尽可能高的性能成为了目前体系结构研究的热点,在研究中,结构级的功耗评估工具无疑具有重要的作用.在现有的结构级功耗模拟器中,往往只考虑了动态电路以及全定制实现方法下的功耗刻画,而忽略了以静态电路和标准单元设计为主的ASIC设计方法对处理器功耗带来的影响.由此,结合一款高性能、低功耗通用处理器——龙芯2号的具体实现,对其设计特点和功耗特性进行分析,实现了以龙芯2号处理器为基本研究对象的结构级功耗评估方法.该评估方法充分考虑了CMOS静态电路的结构级功耗刻画方法,因此更加适合目前以ASIC设计方法为主的高性能处理器结构的功耗评估.该结构级功耗评估方法与RTL级的功耗评估方法相比,具有速度快和灵活性好的优点.在2.4GHz的Intel Xeon上,该功耗评估方法的速度约为300K/s,是RTL级的评估方法的5000倍,而且误差很小.     

龙芯2号处理器系统优化关键技术

系统软件作为处理器和应用程序之间的接口,对于充分利用处理器的特性来维护处理器与应用程序的稳定性和提高应用程序的性能起着极其重要的作用．描述了在Linux内核中解决龙芯2号处理器的Cache别名问题的方法以及通过增加页的大小、软TLB和FAST_TLB_REFILL的方法减小TLB失效的性能损失,还有Uncache Accelerate对媒体播放软件的加速．实验结果表明,在系统软件中增加这些方法的支持,对系统的稳定性和性能都有较大的好处．     

曙光推出第一台完全自主的基于龙芯的防火墙

2007年8月7日，曙光公司举行了主题为“中国芯，更安全”的产品发布会，推出首款基于国产龙芯处理器的网络安全产品——曙光100L防火墙。该产品采用龙芯2E处理器。曙光自主开发主板，结合曙光自主的防火墙软件。形成了软硬件一体化的防火墙安全系统。该产品实现了从硬件到软件、从系统到芯片的完全自主知识产权，可以预见，基于龙芯处理器的防火墙将对中国网络安全的发展产生深远影响。