用于粗粒度多核計算系統的兩級編程裝置及其計算方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種用于粗粒度多核計算系統的兩級編程裝置及其計算方法，其特征是：編程裝置中包含若干體系寄存器和通用寄存器，并將粗粒度計算系統同步動態隨機存儲器SDRAM的一部分連續存儲空間作為物理寄存器；粗粒度計算系統的任務指令分為頂層任務指令和底層功能指令兩級；底層功能指令用于在一個計算任務內指導相應的功能單元執行具體的數據處理操作，頂層任務指令則用于維護計算任務之間的數據傳遞關系。本發明專利技術能夠方便地實現對底層功能指令的復用，減少對任務指令存儲空間的需求；頂層任務指令包含任務調度需要的所有信息，便于實現任務的動態調度；跳轉指令的設置使程序編寫具有更強的靈活性，進一步方便程序員的程序編寫。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及高密度計算與信號處理領域，具體的說，是一種用于粗粒度計算系統的兩級編程模型及其編程方法。
技術介紹
多核技術因為低功率消耗、強并行處理能力和優異的計算性能已經成為處理器設計的主流。然而，在多核計算系統上對算法進行高效映射，以充分發揮系統并行能力，已經成為制約多核計算系統運算性能的重要瓶頸，被稱為“編程墻”。能否實現多核計算系統的高效映射，降低多核計算系統編程難度，直接關系到多核計算系統的運算能力能否被發揮，已經逐漸成為當今多核計算系統面臨的主要問題之一。
技術實現思路
本專利技術為克服現有技術的不足之處，提出了一種用于粗粒度計算系統的兩級編程模型及其編程方法，以期能夠為多核計算系統的編程提供更強的靈活性，降低粗粒度多核計算系統的編程難度，同時實現任務指令的復用，減少指令存儲所占用可存儲空間；頂層任務指令的出現還為多核計算系統的任務指令動態調度提供了基礎。本專利技術為達到上述目的所采用的技術方案是：本專利技術一種用于粗粒度多核計算系統的兩級編程模型的特點征是用于編寫面向異構多核計算系統的任務指令，所述任務指令類型包括：運算指令、通用寄存器修改指令、跳轉指令、分支指令、訪存指令和接口指令，并用于操作所述兩級編程模型中的若干體系寄存器、若干個通用寄存器；所述兩級編程模型中各種寄存器均通過寄存器編號進行區分；所述兩級編程模型將所述粗粒度多核計算系統的同步動態隨機存儲器SDRAM的存儲空間劃分為物理寄存器區域、頂層任務指令區域、底層功能指令區域和數據存儲區域；所述物理寄存器區域作為若干個物理寄存器的存儲空間，并通過所述物理寄存器的編號能映射到相應物理寄存器在SDRAM的存儲位置；所述頂層任務指令區域用于連續存儲所述頂層任務指令；所述底層功能指令區域用于連續存儲所述頂層任務指令所對應的底層功能指令；所述數據存儲區域作為所述兩級編程模型的存儲器，并用于保存數據；所述運算指令用于從若干物理寄存器中讀取數據，并發送到相應的運算單元中進行運算后，將運算結果存到其他若干物理寄存器中，所述運算指令包含：運算頂層任務指令和運算底層功能指令；所述運算頂層任務指令包含：任務編號、任務類型、任務的數據入口、數據出口、存儲通道數量、運算單元類型及數量、對應的運算底層功能指令的存儲地址和運算底層功能指令的長度信息；所述運算底層任務指令包含物理寄存器和運算單元的配置信息；所述通用寄存器修改指令用于修改所述粗粒度多核計算系統中主控制器的通用寄存器數值；所述通用寄存器修改指令僅包含寄存器頂層任務指令，所述寄存器頂層任務指令包含任務類型和通用寄存器修改信息；所述跳轉指令根據兩個通用寄存器數值之間或通用寄存器與預設數值之間的大小關系，對程序指針進行跳轉操作，使程序指針跳轉到預設的位置執行操作；所述跳轉指令僅包含跳轉頂層任務指令；所述跳轉頂層任務指令包含任務類型、程序指針偏移量、參與比較的通用寄存器或預設數值信息；所述分支指令是提供給主控制器，用于查詢運算指令的計算結果并決定是否對程序指針進行跳轉操作；所述分支指令令僅包分支頂層任務指令；所述分支頂層任務指令包含任務類型、程序指針偏移量、任務編號、程序指針和通用寄存器數值保存區域；所述訪存指令包含讀取指令和存儲指令，并分別用于將SDRAM中數據存儲區域的數據讀取到物理寄存器中和將物理寄存器中的數據存儲到數據存儲區域中；所述訪存指令包含訪存頂層任務指令和訪存底層功能指令，所述訪存頂層任務指令是由任務類型、體系寄存器編號和存儲器地址構成；所述訪存底層功能指令包含物理寄存器的配置信息；所述接口指令包含輸出指令和輸入指令，并用于將SDRAM中數據存儲區域的數據與上位機或其他數據處理芯片進行數據交換；所述接口指令包含接口頂層任務指令和接口底層功能指令，所述接口頂層任務指令包含任務類型、體系寄存器編號和接口類型；所述底層功能指令包括物理寄存器的配置信息和接口單元的配置信息；以不同類型的任務指令分別完成不同的操作任務，并通過各類任務指令的組合，共同實現所述粗粒度多核計算系統的面向異構計算。本專利技術一種用于粗粒度多核計算系統的兩級編程方法的特點是用于編寫面向異構多核計算系統的任務指令，所述任務指令分為頂層任務指令和底層功能指令；所述頂層任務指令則用于維護計算任務之間的數據傳遞關系；所述底層功能指令用于在一個計算任務內指導相應的功能單元執行具體的數據處理操作；所述任務指令類型包括：運算指令、通用寄存器修改指令、跳轉指令、分支指令、訪存指令和接口指令；所述訪存指令包含讀取指令和存儲指令，所述接口指令包含輸出指令和輸入指令；將所述粗粒度多核計算系統的同步動態隨機存儲器SDRAM的存儲空間劃分為物理寄存器區域、頂層任務指令區域、底層功能指令區域和數據存儲區域；所述兩級編程方法是按以下步驟進行：步驟1：分析待映射算法，根據多核計算系統內集成運算簇的種類和數量，將所述待映射算法拆分成若干個計算任務；步驟2：將所述若干計算任務的粒度與粗粒度多核計算系統進行匹配，如果計算任務的粒度大于所述粗粒度多核計算系統中物理寄存器的容量，則根據物理寄存器的容量將計算任務拆分成若干粒度小于所述物理寄存器容量的子計算任務；步驟3：對所述任意一種功能的子計算任務進行算法映射，編寫相應子計算任務中使用的每一個功能單元的配置信息，并將各個功能單元的配置信息順序排列起來后，使用占位指令字對排序后的配置信息進行填充，使得配置信息的長度滿足所述粗粒度多核計算系統的同步動態隨機存儲器SDRAM突發長度的整數倍數，從而組成一種功能的子計算任務的底層功能指令；步驟4：使用編寫的腳本程序生成任意一種功能的子計算任務的頂層任務指令框架，所述頂層任務指令框架包含：任務類型、運算單元的種類和數量、任務指令的數據入口和數據出口數量、底層功能指令長度；步驟5：當所有不同功能的子計算任務的底層功能指令和頂層任務指令框架都已經編寫完畢，則進入步驟6；否則回到步驟3；步驟6：將所有不同功能的子計算任務的底層功能指令依次收尾連接，并在連接的末端加入所述腳本程序提供的接口指令和訪存指令的底層功能指令模板，再提取每一個不同功能的底層功能指令的起始地址，并編入所述頂層任務指令框架中；步驟7：按步驟1中拆分的待映射算法的計算任務，將運算指令、跳轉指令、分支指令的頂層任務指令按待映射算法的計算順序排列起來，得到子計算任務序列；從而實現運算功能和程序控制；步驟8：在需要使用所述數據存儲區內的數據作為源數據的運算指令前加入所述讀取指令，在需要保存運算結果到所述數據存儲區的運算指令后加入所述存儲指令；步驟9：在需要循環執行的子計算任務序列前加入通用寄存器修改指令，在子計算任務序列后加入跳轉指令，得到子任務循環序列，用于控制循環變量和程序指針PC，以實現循環功能；步驟10：在所述子任務循環序列后加入輸出指令，用于輸出運算結果；步驟11：在頂層任務指令中填充體系寄存器字段，得到計算任務序列；步驟12：在所述計算任務序列前加入輸入指令，用于輸入源數據，從而實現待映射算法的映射過程。與現有技術相比，本專利技術的有益技術效果體現在：1、本專利技術兩級編程模型及其編程方法的引入，通過將任務指令分為頂層任務指令和底層功能指令，以及任務指令的類型劃分，提高了多核計算系統編程的靈活性，降低了多核計算系統的編程難度，方本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于粗粒度多核計算系統的兩級編程模型，其特征是用于編寫面向異構多核計算系統的任務指令，所述任務指令類型包括：運算指令、通用寄存器修改指令、跳轉指令、分支指令、訪存指令和接口指令，并用于操作所述兩級編程模型中的若干體系寄存器、若干個通用寄存器；所述兩級編程模型中各種寄存器均通過寄存器編號進行區分；所述兩級編程模型將所述粗粒度多核計算系統的同步動態隨機存儲器SDRAM的存儲空間劃分為物理寄存器區域、頂層任務指令區域、底層功能指令區域和數據存儲區域；所述物理寄存器區域作為若干個物理寄存器的存儲空間，并通過所述物理寄存器的編號能映射到相應物理寄存器在SDRAM的存儲位置；所述頂層任務指令區域用于連續存儲所述頂層任務指令；所述底層功能指令區域用于連續存儲所述頂層任務指令所對應的底層功能指令；所述數據存儲區域作為所述兩級編程模型的存儲器，并用于保存數據；所述運算指令用于從若干物理寄存器中讀取數據，并發送到相應的運算單元中進行運算后，將運算結果存到其他若干物理寄存器中，所述運算指令包含：運算頂層任務指令和運算底層功能指令；所述運算頂層任務指令包含：任務編號、任務類型、任務的數據入口、數據出口、存儲通道數量、運算單元類型及數量、對應的運算底層功能指令的存儲地址和運算底層功能指令的長度信息；所述運算底層任務指令包含物理寄存器和運算單元的配置信息；所述通用寄存器修改指令用于修改所述粗粒度多核計算系統中主控制器的通用寄存器數值；所述通用寄存器修改指令僅包含寄存器頂層任務指令，所述寄存器頂層任務指令包含任務類型和通用寄存器修改信息；所述跳轉指令根據兩個通用寄存器數值之間或通用寄存器與預設數值之間的大小關系，對程序指針進行跳轉操作，使程序指針跳轉到預設的位置執行操作；所述跳轉指令僅包含跳轉頂層任務指令；所述跳轉頂層任務指令包含任務類型、程序指針偏移量、參與比較的通用寄存器或預設數值信息；所述分支指令是提供給主控制器，用于查詢運算指令的計算結果并決定是否對程序指針進行跳轉操作；所述分支指令令僅包分支頂層任務指令；所述分支頂層任務指令包含任務類型、程序指針偏移量、任務編號、程序指針和通用寄存器數值保存區域；所述訪存指令包含讀取指令和存儲指令，并分別用于將SDRAM中數據存儲區域的數據讀取到物理寄存器中和將物理寄存器中的數據存儲到數據存儲區域中；所述訪存指令包含訪存頂層任務指令和訪存底層功能指令，所述訪存頂層任務指令是由任務類型、體系寄存器編號和存儲器地址構成；所述訪存底層功能指令包含物理寄存器的配置信息；所述接口指令包含輸出指令和輸入指令，并用于將SDRAM中數據存儲區域的數據與上位機或其他數據處理芯片進行數據交換；所述接口指令包含接口頂層任務指令和接口底層功能指令，所述接口頂層任務指令包含任務類型、體系寄存器編號和接口類型；所述底層功能指令包括物理寄存器的配置信息和接口單元的配置信息；以不同類型的任務指令分別完成不同的操作任務，并通過各類任務指令的組合，共同實現所述粗粒度多核計算系統的面向異構計算。...

【技術特征摘要】
1.一種用于粗粒度多核計算系統的兩級編程模型，其特征是用于編寫面向異構多核計算系統的任務指令，所述任務指令類型包括：運算指令、通用寄存器修改指令、跳轉指令、分支指令、訪存指令和接口指令，并用于操作所述兩級編程模型中的若干體系寄存器、若干個通用寄存器；所述兩級編程模型中各種寄存器均通過寄存器編號進行區分；所述兩級編程模型將所述粗粒度多核計算系統的同步動態隨機存儲器SDRAM的存儲空間劃分為物理寄存器區域、頂層任務指令區域、底層功能指令區域和數據存儲區域；所述物理寄存器區域作為若干個物理寄存器的存儲空間，并通過所述物理寄存器的編號能映射到相應物理寄存器在SDRAM的存儲位置；所述頂層任務指令區域用于連續存儲所述頂層任務指令；所述底層功能指令區域用于連續存儲所述頂層任務指令所對應的底層功能指令；所述數據存儲區域作為所述兩級編程模型的存儲器，并用于保存數據；所述運算指令用于從若干物理寄存器中讀取數據，并發送到相應的運算單元中進行運算后，將運算結果存到其他若干物理寄存器中，所述運算指令包含：運算頂層任務指令和運算底層功能指令；所述運算頂層任務指令包含：任務編號、任務類型、任務的數據入口、數據出口、存儲通道數量、運算單元類型及數量、對應的運算底層功能指令的存儲地址和運算底層功能指令的長度信息；所述運算底層任務指令包含物理寄存器和運算單元的配置信息；所述通用寄存器修改指令用于修改所述粗粒度多核計算系統中主控制器的通用寄存器數值；所述通用寄存器修改指令僅包含寄存器頂層任務指令，所述寄存器頂層任務指令包含任務類型和通用寄存器修改信息；所述跳轉指令根據兩個通用寄存器數值之間或通用寄存器與預設數值之間的大小關系，對程序指針進行跳轉操作，使程序指針跳轉到預設的位置執行操作；所述跳轉指令僅包含跳轉頂層任務指令；所述跳轉頂層任務指令包含任務類型、程序指針偏移量、參與比較的通用寄存器或預設數值信息；所述分支指令是提供給主控制器，用于查詢運算指令的計算結果并決定是否對程序指針進行跳轉操作；所述分支指令令僅包分支頂層任務指令；所述分支頂層任務指令包含任務類型、程序指針偏移量、任務編號、程序指針和通用寄存器數值保存區域；所述訪存指令包含讀取指令和存儲指令，并分別用于將SDRAM中數據存儲區域的數據讀取到物理寄存器中和將物理寄存器中的數據存儲到數據存儲區域中；所述訪存指令包含訪存頂層任務指令和訪存底層功能指令，所述訪存頂層任務指令是由任務類型、體系寄存器編號和存儲器地址構成；所述訪存底層功能指令包含物理寄存器的配置信息；所述接口指令包含輸出指令和輸入指令，并用于將SDRAM中數據存儲區域的數據與上位機或其他數據處理芯片進行數據交換；所述接口指令包含接口頂層任務指令和接口底層功能指令，所述接口頂層任務指令包含任務類型、體系寄存器編號和接口類型；所述底層功能指令包括物理寄存器的配置信息和接口單元的配置信息；以不同類型的任務指令分別完成不同的操作任務，并通過各類任務指令的組合，共同實...

【專利技術屬性】
技術研發人員：宋宇鯤，李浩洋，張多利，杜高明，衛燦，
申請(專利權)人：合肥工業大學，
類型：發明
國別省市：安徽;34