本发明专利技术公开了一种单周期执行高速缓存写命中操作的装置及方法，该装置包括：监控单元，用于监测高速缓存中Data静态存储器写端口的数据和命中信号，如果发生写命中则将待写数据和对应地址的Tag写入缓冲单元；缓冲单元，用于存储和缓冲写命中数据和Tag，并且在操作后将当前缓冲器的状态进行及时的更新；写回单元，用于监测下一次写操作的查询周期，并在这个周期将缓冲单元中的待写回数据写入到高速缓存的Data静态存储器中；命中判定单元，用于判断当前的读操作是否命中了缓冲单元，如果是则将缓冲单元的数据传递给总线，并通知读操作完成。本发明专利技术采用缓冲写回和流水线技术，使得单周期即可完成高速缓存写命中操作，有利于系统芯片整体性能提高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及处理器体系结构领域，特别是ー种单周期执行高速缓存(Cache)写命中操作的装置及方法。
技术介绍
为满足人们日益广泛的数字媒体应用需求，满足处理器运行媒体应用程序对存储设备的速度要求，填补处理器和主存储器之间的速度差距，エ业界和学术界提出了一系列的Cache技术。Cache技术是ー种隐藏处理器和主存储器之间速度差距的最有效方式之一，由于 程序运行具有一定的空间局部性和重用性，Cache技术正是利用了这种程序特点，将地址连续的一系列待存储数据按照Cache块结构预先加载到Cache的Data静态存储器当中，同时将与之对应的Cache块地址以Tag的形式存储到Cache的Tag静态存储器当中。由于静态存储器比主存储器采用的动态存储器具有更快的速度，而且地址连续的Cache块内数据之间有一定的空间局部性和重用性，所以在Cache命中率高的情况下，对于处理器而言，相当于访问的是拥有主存容量的静态存储器。在Cache设计中通常采用两级流水线结构，即查询周期和数据周期。在查询周期访问Tag静态存储器，如果是读操作则同时访问Data静态存储器。数据周期将获取的Tag数据与当前坊问地址中的Tag段进行比较。如果发生读命中，则直接将获取的数据送给总线，并通知读操作完成；如果发生写命中，则将总线上的写数据写入Cache的Data静态存储器中。但这种流水线结构存在访存冲突的问题。即写命中发生时，在写命中操作的数据周期中，需要将写命中数据写入Cache的Data静态存储器；如果此时发生读操作，由于读操作需同时访问Tag和Data静态存储器，这样就造成了 Data静态存储器的读写访问冲突。而出于芯片面积和成本考虑，Data静态存储器通常采用单端ロ SRAM实现，在这种情况下流水线必需停滞ー个周期，使得Cache写命中操作至少需要两个周期执行，造成系统性能下降。使用双端ロ SRAM实现Data静态存储器，可以避免以上的流水线冲突，但双端ロ静态存储器的面积通常是等容量单端ロ静态存储器的I. 5到2倍，会増加芯片面积和功耗，且资源利用率低。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题为克服传统Cache的Data静态存储器实现方案中，单端ロ SRAM解决方案性能低，而双端ロ SRAM解决方案面积大资源利用率低的不足，本专利技术提供了ー种单周期执行Cache写命中操作的装置，以兼顾性能和面积的要求，具有性能好、面积小、功耗低的特点。( ニ )技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了ー种单周期执行高速缓存写命中操作的装置，该装置包括 监控单元I，用于监测高速缓存中Data静态存储器写端ロ的数据和命中信号，如果发生写命中则将待写数据和对应地址的Tag写入缓冲单元2 ；缓冲单元2，用于存储和缓冲写命中数据和Tag，并且在操作后将当前缓冲器的状态进行及时的更新；写回単元3，用于监测下一次写操作的查询周期，并在这个周期将缓冲単元2中的待写回数据写入到高速缓存的Data静态存储器中；以及命中判定単元4，用于判断当前的读操作是否命中了缓冲单元2，如果是则将缓冲単元2的数据传递给总线，并通知读操作完成。上述方案中，所述监控単元I和所述写回単元3是控制部分，所述缓冲単元2是存储部分，所述命中判定単元4用干与总线通信；缓冲单元2包含ー个Data寄存器和ー个Tag寄存器。在写命中发生时，所述单周期执行高速缓存写命中操作的装置通过将待写入高速缓存中的写命中数据暂存入该缓冲単元2的Data寄存器中，并将对应地址的Tag暂存入该缓冲单元2的Tag寄存器中，以在下ー个写操作的查询周期将其写回高速缓存中，降低高速缓存写操作的流水线停滞，使得高速缓存写命中操作在单周期即可完成。上述方案中，所述缓冲単元2连接于高速缓存，高速缓存包含有ー个Data静态存储器5和ー个Tag静态存储器6，其中，Data静态存储器5用于存储缓存数据，Tag静态存储器6用于存储地址标签。上述方案中，该装置采用ニ级流水线结构，由监控周期和写回周期构成，其中监控周期对应于高速缓存的数据周期，写回周期对应于高速缓存的查询周期。所述ニ级流水线结构在监控周期监测是否发生写命中，如果是则将待写数据暂存于缓冲単元，如果否则无需进行操作；在写回周期检查是否是新的写操作的查询周期，如果是则将缓冲単元中的待写数据写回到高速缓存，如果否则无须操作。为达到上述目的，本专利技术还提供了ー种单周期执行高速缓存写命中操作的方法，包括步骤I :监控单元I在监测到写命中时启动，将待写数据和对应地址的Tag写入缓冲单元2，并且通知总线操作完成，以完成写命中操作。步骤2 :缓冲单元2更新状态信息，表示当前存储数据和Tag有效。步骤3 :命中判定単元4监测当前读操作是否命中缓冲单元2，如果是则将缓冲单元2的有效数据传递给总线，并通知操作完成，以完成读命中操作。步骤4 :写回単元3监测当前周期是否是新的写操作查询周期，如果是则根据Tag信息将缓冲単元2中的有效数据写回到高速缓存中Data静态存储器5中，以保证Data静态存储器5数据的一致性。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果I、利用本专利技术，由于采用了缓冲写回和流水线技术使得单周期即可完成高速缓存写命中操作，所以其写操作的性能可以较传统高速缓存提高一倍，有利于系统芯片整体性倉泛击是1 。2、利用本专利技术，由于连接的高速缓存采用单端ロ SRAM即可达到双端ロ SRAM的写操作性能，所以可以大大降低系统面积和功耗，对于系统芯片整体面积和功耗的降低具有重要意义。附图说明图I是依照本专利技术实施例单周期执行Cache写命中操作的装置的示意图；图2是依照本专利技术实施例单周期执行Cache写命中操作的装置与Cache的连接关系的不意图；图3是依照本专利技术实施例单周期执行Cache写命中操作的装置的ニ级流水线的示 意图；图4是依照本专利技术实施例单周期执行Cache写命中操作的装置的工作流程图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并參照附图，对本专利技术进ー步详细说明。为克服传统Cache的Data静态存储器实现方案中，单端ロ SRAM解决方案性能低，而双端ロ SRAM解决方案面积大资源利用率低的不足，本专利技术结合二者的优点，基于数据缓冲的思想，提供了ー种单周期执行Cache写命中操作的装置。如图I所示，图I是依照本专利技术实施例单周期执行Cache写命中操作的装置的示意图，该装置包括监控单元I、缓冲单元2、写回単元3和命中判定単元4。其中，监控单元I和写回単元3是控制部分，缓冲单元2是存储部分，命中判定単元4用干与总线通信。缓冲单元2包含ー个Data寄存器和ー个Tag寄存器(图中未示)，在写命中发生时，本专利技术提供的单周期执行Cache写命中操作的装置通过将待写入Cache中的写命中数据暂存入该缓冲単元2的Data寄存器中，并将对应地址的Tag暂存入该缓冲単元2的Tag寄存器中，在下ー个写操作的查询周期将其写回Cache中，有效的降低了 Cache写操作的流水线停滞，使得Cache写命中操作在单周期即可完成，性能比传统Cache结构提高了一倍。图I所示单周期执行高速缓存写命中操作的装置中，缓冲单元2连接于高速缓存，高速缓存包含有ー个Data静态存储器本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.ー种单周期执行高速缓存写命中操作的装置，其特征在于，该装置包括 监控单元(I)，用于监测高速缓存中Data静态存储器写端ロ的数据和命中信号，如果发生写命中则将待写数据和对应地址的Tag写入缓冲单元(2); 缓冲单元(2)，用于存储和缓冲写命中数据和Tag，并且在操作后将当前缓冲器的状态进行及时的更新； 写回単元(3)，用于监测下一次写操作的查询周期，并在这个周期将缓冲単元(2)中的待写回数据写入到高速缓存的Data静态存储器中；以及 命中判定単元(4)，用于判断当前的读操作是否命中了缓冲单元(2)，如果是则将缓冲単元(2)的数据传递给总线，并通知读操作完成。2.根据权利要求I所述的单周期执行高速缓存写命中操作的装置，其特征在于，所述监控单元(I)和所述写回単元(3)是控制部分，所述缓冲単元(2)是存储部分，所述命中判定单元(4)用干与总线通信；缓冲单元(2)包含ー个Data寄存器和ー个Tag寄存器。3.根据权利要求2所述的单周期执行高速缓存写命中操作的装置，其特征在于，在写命中发生时，所述单周期执行高速缓存写命中操作的装置通过将待写入高速缓存中的写命中数据暂存入该缓冲単元(2)的Data寄存器中，并将对应地址的Tag暂存入该缓冲単元(2)的Tag寄存器中，以在下ー个写操作的查询周期将其写回高速缓存中，降低高速缓存写操作的流水线停滞，使得高速缓存写命中操作在单周期即可完成。4.根据权利要求I所述的单周期执行高速缓存写命中操作的装置，其特征在于，所述缓冲单元(...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱伟成，喻庆东，周莉，陈杰，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。