高性能处理系统的软硬件协同的设计研究.pdfVIP

CN43—1258／TP 计算机工程与科学 2009年第 31卷第 A1期 ISSN 1007—130X COMPUTERENGINEERING SCIENCE Vo1．31，No．A1，2009 文章编号：1007—130X(2009)A1-0020—04 高性能处理系统的软硬件协同设计研究 Hardware SoftwareCo—Designfor H ighPerformanceSystem 谢 菲。张 浩 XIE Fei，ZHANG Hao (中国科学院计算技术研究所前瞻研究实验室，北京 100190) (CenterforAdvancedComputingResearch。InstituteofComputingTechnology，neijing100190-China) 摘 要：x86是 目前应用最广泛的复杂指令(CISC)系统，对大量非典型特性进行支持，从而花费大量硬件资源。而非 典型特性的支持往往会影响典型功能的效率，不利于硬件资源的优化配置，限制处理系统性能的提升。本文首先分析 了 x86指令集及 x86程序的固有特性，进而提出了一种基于RICS 超标量处理系统核心的软硬件协同设计的实现方案。新处 理系统的面积仅为采用硬件译码设计的x86处理 系统的78．3 ，性能达到采用硬件译码设计的x86处理 系统的90．6 以 上，并有较大的提升空间。 Abstract：x86isthemostwidelyusedISA currently，butcomparedwithRICS ，isverycomplex．Theobstaclesindesig— ninganx86processingsystems(mostofthem areuncommoncharacters)needlotsofadditionalhardwareresources．and supportingdirectlywithhardwaredoesnogoodfortheutilizationofhardwareresources．Thispaperanalyzesthecharacters ofx86ISA andapplicationsdeeply，andproposeasoftware／hardwareco-designmethodbasedonRICS superscalarprocess— ing systems．Theareaofourco-designprocessingsystem isabout78．3 ofanx86processingsystemwithhardwaredec0d— er，butperformanceofourdesignisabout90．6 ofthesameprocessingsystem withhardwaredecoder． 关键词 ：协 同设计；超标量 ；执行模式；热点识别 Keywords：co-design；superscalar；executionmode；hottracerecognition doi：10．3969／j．issrL1007—130)(．2009．A1．007 中图分类号：TP303 文献标识码：A 指令集的高性能处理系统非常重要，研究其设计方法有特 1 引言 殊意义。 x86兼容型微处理系统已经成为业界最流行、使用最 2 软硬件协同设计的优势 广泛的系统 1]『。从软件兼容的角度来看，x86指令集对处 理系统设计来说无疑是最有吸引力的。但是，x86指令集 完全硬件支持和完全软件支持的译码都有一定的不 的复杂性很高，主要体现在：非定长指令导致的译码 困难、 足。完全硬件支持的译码非常困难，如 x86指令是非定长 段式存储管理及相应的权限检查、非对齐访存操作