一种嵌入式处理器的动态可重构Cache设计

一般的处理器芯片都有片上高速缓存Cache,它一般是由固定大小的一级Cache(L1)和二级Cache(L2)构成,文章介绍了一种在嵌入式处理器设计中实现的动态可重构Cache。动态可重构Cache的思想最早是罗彻斯特大学(UniversityofRochester)的学者在他们的一篇关于存储层次的论文1中提出的,当时主要是针对高性能的超标量通用处理器。在此嵌入式处理器设计过程中,笔者创造性地继承了这一思想。通过增加少量硬件以及编译器的配合,在嵌入式处理器中L1Cache和L2Cache总体大小不变的情况下,L1Cache和L2Cache的大小可以根据具体的应用程序动态配置。通过对高速缓存的动态配置,不仅可以有效地提高Cache的命中率,还能够有效降低处理器的功耗。     

TMR计算机系统FT-HIT的冗余管理技术

ＦＴ－ＨＩＴ是自行研制的３模冗余（ＴＭＲ）航天容错计算机系统，系统通过硬件冗余和主要由软件实现容错的冗余管理模式实现系统的容错性能。其冗余管理主要包括：故障检测、故障屏蔽、故障隔离、系统重构与故障恢复等功能     

提高SoC设计效率的基于组件方法综述

片上系统本身的异构性和并发性导致了对系统进行统一建模的困难,从而阻碍了设计效率的提高.对现有系统级方法的分析表明:这类方法不能对不同设计之间更加细节的共同特性进行抽象,限制了复用的范围,不能带来设计效率的进一步提高.因此,通过对面向对象设计、软件工程、形式化语义和系统级EDA这4种基于组件方法描述模型及其对复用影响的讨论,确定了系统的刻画特征,采用这些特征来描述片上系统将带来设计效率的提高.     

SAM:一种容错的末级缓存可扩展地址映射方法

随着半导体工艺进步,多核处理器超过60%的片上面积由片上缓存占据.由于特征尺寸缩小及供电电压下降,片上缓存较以往更容易发生错误.缓存错误包括可恢复的软错误(soft error)及不可恢复的不稳定位(erraticbit)失效.传统容错技术主要研究针对单个缓存模块的保护.当缓存中包含成百上千个模块时,即使单个缓存模块出错的概率很低,系统中有一个或多个缓存出错的概率也相对较高.文中提出可扩展地址映射(SAM)方法,支持对可缓存地址空间灵活高效的映射,提高末级缓存的可靠性.通过对末级缓存地址空间进行重构,只要有末级缓存模块可以工作,SAM就能够保证系统正确运行.SAM可应用于共享或集群缓存组织方式.文中提出的算法能根据末级缓存中出错缓存模块的数目变化,动态调整集群缓存组织方式下的集群大小.实验结果表明,SAM方法可在多种出错环境下保证系统功能正确,且性能平滑下降.     

基于PVM的协调检查点设置关键技术

本文论述了基于PVM的并行程序运行回卷恢复系统设计和实现过程中的退出再加入PVM机制、任务号隐式映射机制、任务结束前同步机制、防止PVM库重入机制，信号与消息协同触发机制、应用任务初始化机制以及作为前述各机制实现基础的函数包裹与换名机制等关键技术。这些技术已经成功地应用于我们自主开发的ChaRM系统中，证明了技术的正确性和有效性。     

高可用集群计算

根据集群计算的特点,论述高可用集群计算系统检查点设置与卷回恢复、检查点镜像、进程迁移以及系统动态重构等关键技术。最后,论文对我们自行研制的ＣｈａＲＭ系统进行了介绍,并与同类系统进行了比较。     

一个分级存储的信息生命周期管理系统设计与实现

信息生命周期管理是一种可持续发展的存储策略,以其独特的优势在存储成本和高效信息管理之间取得平衡.本文设计并实现SAN、NAS存储网络下基于分级存储(HSM)的清华信息生命周期管理系统(THILM).提出一种新的文件重解析实现技术,实现ILM系统中HSM应用服务器端和系统应用层对动态存储数据的透明访问和多级存储数据的统一管理.讨论通过对应用元数据管理的优化和菱略缓存(PolicyCache)技术的改进实现高效的管理策略的执行,通过系统性能测试表明表文提出的文件重解析实现技术带来的额外负载几乎可以忽略,策略缓存技术使系统的策略执行性能提高了一个数量级.另外针对原策略缓存初始化性能低下的问题,采用策略元数据池(PMC)进行优化,采用PMC后THILM策略缓存的初始化时间降低了16～20倍.     

面向SDN环境的软件定义安全架构

Open Flow协议无深度包检测能力使其在安全应用中受限,同时现有安全解决方案不能适应软件定义网络(software-defined networking,SDN)的发展。提出了一个分布式的软件定义安全架构(software-defined security architecture,SDSA),可将安全功能从SDN控制器解耦到专有的安全控制器和安全APP,提供了全局流和局部数据包层面的检测和防护,以抵御SDN和虚拟化环境中的各类攻击。全局视图和知识库有助于进行快速准确的决策,安全数据和控制分离既极大简化了安全设备的处理逻辑,又使得安全控制器具有灵活的控制平面,并且实时下发策略到设备和动态牵引流量,从而使得整个防护响应大大加快。实验表明SDSA架构可有效防护Do S、端口扫描和异常大流量等各类攻击。     

基于Simics的系统级故障注入平台

故障注入技术是评价系统可靠性的有效方法。现有基于仿真的故障注入平台大多基于现场可编程门阵列或超高速集成电路硬件描述语言实现,对故障模型的支持非常有限。为此,基于Simics结构级模拟器,设计并实现系统级硬件故障注入平台。该平台上层支持不同固件、操作系统以及应用程序,底层支持对处理器典型流水部件的故障注入,同时实现瞬时故障、永久故障和间歇故障模型以及其他较全面的故障类型,并将一组系统级故障检测机制集成入平台中。实验通过监测硬件故障在系统级的传播,对比分析了故障对不同部件造成的系统级影响,结果表明,瞬时故障对系统影响较小,永久故障容易引起系统失效,间歇故障对各部件有不同程度的干扰作用。     

利用多维分级Cache替换策略减少对PCM内存写回量

寻找新型存储材料代替DRAM内存是当前的一个研究热点。相变存储PCM因其具有低功耗、高存储密度和非易失性的优点受到广泛的关注,然而PCM的可擦写次数有限,要用作内存必须考虑如何减少对其的写操作。针对该问题,一种有效的解决方法是优化Cache替换策略,减少Cache中脏块被替换出的数量。现有研究主要通过在插入和访问命中时给脏块设定较高的保护优先级来达到给脏块额外保护的目的,但是在降级过程中不再对脏块与干净块进行区分,这导致Cache可能在存在大量干净块的情况下仍然先替换脏块。提出一种新型的Cache替换策略MAC,它通过一个多维分级结构在脏块与干净块之间设置了不可逾越的界限,使得脏块能得到更有力的保护。模拟实验表明,相对LRU替换策略,MAC以较低的硬件开销代价平均减少约25.12%的内存写,同时对程序运行性能几乎没有影响。