CN111930527A - 一种多核异构平台维护cache一致性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多核异构平台维护cache一致性的方法,首先,依次接收多核异构平台上的N个处理核心向内存空间进行读取和/或写入的数据信息,其中,处理核心为CPU、GPU或FPGA;接收到某个处理核心的读写请求后,根据当期所有处理核心的cache状态,判定是否达到准备读、准备写的状态,如果是,则同意该处理核心的访问请求以及cache状态更新,处理核心发起相关的内存数据访问,更新状态,返回第一步;如果否,则拒绝该处理核心的访问请求以及cache状态更新,使用cache无效和cache写回操作调整状态,使得满足当前处理核心的请求,更新状态返回前一步。本发明可通过软件或硬件实现,灵活的设计,可满足不同硬件平台的使用。
Description
技术领域
本发明涉及嵌入式或移动设备领域,特别是涉及一种多核异构平台维护cache一致性的方法。
背景技术
在嵌入式或移动设备领域,异构多核架构被广泛使用,比如常用的智能手机、智能终端、安防设备和视频处理设备等,异构多核架构是指在同一个芯片(通常为SOC)上集成多个不同类型的CPU,如ARM、DSP、GPU、TPU或其他协处理器,多个处理器之间共享***总线和芯片资源,满足不同场景的应用需求。大多数情况下,每个处理器都有自己独立的cache模块(高速缓冲存储器),用来提高内存访问效率,这个cache模块由硬件实现且与CPU架构/指令集高度关联,多个处理器的cache模块彼此独立,对于单核或者SMP架构CPU,cache模块能够很好的处理一致性问题,但是对于异构多核***,在多个核心间传递数据时,cache一致性问题难以由硬件来解决。
发明内容
针对上述技术问题,本发明提供了一种多核异构平台维护cache一致性的方法,可通过软件或硬件实现,具有设计灵活、可移植性强、可保证多核架构CPU的cache具有高度一致性的优点。
本发明的技术方案是:
一种多核异构平台维护cache一致性的方法,包括以下步骤:
S1、依次接收多核异构平台上的N个处理核心向内存空间进行读取和/或写入的数据信息,其中,处理核心为CPU、GPU或FPGA;
S2、接收到某个处理核心的读写请求后,根据当期所有处理核心的cache状态,判定是否达到准备读、准备写的状态,如果是,则同意该处理核心的访问请求以及cache状态更新,进入步骤S3,如果否,则拒绝该处理核心的访问请求以及cache状态更新,进入步骤S4;
S3、处理核心发起相关的内存数据访问,更新状态,返回步骤S1;
S4、使用cache无效和cache写回操作调整状态,使得满足当前处理核心的请求,更新状态返回步骤S3。
在上述技术方案中,处理核心的cache状态的设定方法如下:
当为内存空间中的数据信息没有被缓存到CPU的cache中时,设定为UNCACHED状态;
当内存空间中的数据信息已经被缓存到CPU的cache中,cache中的数据信息与内存空间中的数据信息保持一致时,设定为CACHED状态;
当CPU的cache中的数据信息发生修改,修改后的数据信息没有同步到内存空间中,cache中的数据信息与内存空间中的数据信息不一致时,设定为MODIFIED状态;
当CPU的cache中的数据信息与内存空间中的数据信息不一致,cache中的数据信息无效时,设定为DIRTY状态。
步骤S2中,还包括以下步骤:
S21、第n个处理核心向内存空间读取数据信息,执行准备读操作,读取数据信息完成后,执行已读操作,判定此时第n个处理核心的cache状态为CACHED;
S22、第n+1个处理核心向内存空间写入数据信息,执行准备写操作,写入数据信息完成后,执行已写操作,判定此时第n+1个处理核心的cache状态为MODIFIED,第n个处理核心的cache状态修正为DIRTY;
S23、第n+1个处理核心执行写回操作后,将第n+1个处理核心的cache状态修正为CACHED,第n个处理核心向内存空间读取数据信息,此时第n个处理核心的cache状态为DIRTY,执行失效操作,将第n个处理核心的cache状态为修正为UNCACHED。
在上述技术方案中,任意一个处理核心向内存空间进行读取或写入操作时,对状态和操作加锁,同时设定其他处理核心无向内存空间进行读取或写入操作的权限。这样使得每个处理核心对共享内存的访问在状态机的控制下执行,对于状态数据本身,通过数据对象中的同步锁来进行同步,保证同一时刻只能有一个处理核心访问数据对象本身的数据。
上述技术方案中,步骤S2中,未达到准备读、准备写的状态的情况如下:
当前处理核心的状态为DIRTY,或者存在状态为MODIFIED的其他处理核心。
上述技术方案中,步骤S3中,更新状态的步骤如下:
读数据完成后,当前处理核心的状态改为CACHED;
写数据完成后,当前处理核心的状态改为MODIFIED,状态为CACHED的其他核心的状态改为DIRTY。
上述技术方案中,步骤S4中,使用cache无效和cache写回操作调整状态的步骤如下:
如果当前处理核心的状态为DIRTY,当前处理核心执行失效操作并更新状态为UNCACHED;
如果存在状态为MODIFIED的其他处理核心,这些处理核心执行写回操作并更新状态为CACHED。
本发明的核心是维护多核间共享数据的状态,保证各个处理核心在数据存取时具有一致的状态,按照设计的状态逻辑和状态约束,数据能在在多个核心上正确的读写和写入,使得多核异构平台上多个核心间传递数据时,可保证各处理核心的cache高度的一致性。
本发明的有益效果是:
1、可通过软件或硬件实现,灵活的设计,可满足不同硬件平台的使用;
2、作为一种底层组件,可为软件设计提供统一的多核间数据共享和数据交互方法,增强了程序的可移植性;
3、可支持读写锁或互斥锁逻辑,在任意时刻只有一个处理核心写数据或多个核读数据,保证数据在多核访问时可控。
附图说明
图1是本发明实施例中当前CPU和其他CPU的所有状态的转换逻辑图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。
实施例1:
本实施例中当前CPU和其他CPU的所有状态的转换逻辑如图1所示。一种多核异构平台维护cache一致性的方法,包括以下步骤:
S1、依次接收多核异构平台上的N个处理核心向内存空间进行读取和/或写入的数据信息,其中,处理核心为CPU,也可以是GPU,也可以是FPGA,还可以是特定功能硬件处理模块,还可以是神经网络加速单元,等等类似的都可以。
S2、接收到某个处理核心的读写请求后,根据当期所有处理核心的cache状态,判定是否达到准备读、准备写的状态,如果是,则同意该处理核心的访问请求以及cache状态更新,进入步骤S3,如果否,则拒绝该处理核心的访问请求以及cache状态更新,进入步骤S4。
S3、处理核心发起相关的内存数据访问,更新状态,返回步骤S1。
S4、使用cache无效和cache写回操作调整状态,使得满足当前处理核心的请求,更新状态返回步骤S3。
在实施例1中,处理核心的cache状态的设定方法如下:
当为内存空间中的数据信息没有被缓存到CPU的cache中时,设定为UNCACHED状态;
当内存空间中的数据信息已经被缓存到CPU的cache中,cache中的数据信息与内存空间中的数据信息保持一致时,设定为CACHED状态;
当CPU的cache中的数据信息发生修改,修改后的数据信息没有同步到内存空间中,cache中的数据信息与内存空间中的数据信息不一致时,设定为MODIFIED状态;
当CPU的cache中的数据信息与内存空间中的数据信息不一致,cache中的数据信息无效时,设定为DIRTY状态。
实施例2:
在实施例1的基础上,实施例2的步骤S2还包括以下步骤:
S21、第n个处理核心向内存空间读取数据信息,执行准备读操作,读取数据信息完成后,执行已读操作,判定此时第n个处理核心的cache状态为CACHED;
S22、第n+1个处理核心向内存空间写入数据信息,执行准备写操作,写入数据信息完成后,执行已写操作,判定此时第n+1个处理核心的cache状态为MODIFIED,第n个处理核心的cache状态修正为DIRTY;
S23、第n+1个处理核心执行写回操作后,将第n+1个处理核心的cache状态修正为CACHED,第n个处理核心向内存空间读取数据信息,此时第n个处理核心的cache状态为DIRTY,执行失效操作,将第n个处理核心的cache状态为修正为UNCACHED。
在实施例1和实施例2中,任意一个处理核心向内存空间进行读取或写入操作时,对状态和操作加锁,同时设定其他处理核心无向内存空间进行读取或写入操作的权限。这样使得每个处理核心对共享内存的访问在状态机的控制下执行,对于状态数据本身,通过数据对象中的同步锁来进行同步,保证同一时刻只能有一个处理核心访问数据对象本身的数据。
上述两个实施例的核心是维护多核间共享数据的状态,保证各个处理核心在数据存取时具有一致的状态,按照设计的状态逻辑和状态约束,数据能在在多个核心上正确的读写和写入,使得多核异构平台上多个核心间传递数据时,可保证各处理核心的cache高度的一致性。
上述两个实施例,步骤S2中,未达到准备读、准备写的状态的情况如下:
当前处理核心的状态为DIRTY,或者存在状态为MODIFIED的其他处理核心。
上述两个实施例,步骤S3中,更新状态的步骤如下:
读数据完成后,当前处理核心的状态改为CACHED;
写数据完成后,当前处理核心的状态改为MODIFIED,状态为CACHED的其他核心的状态改为DIRTY。
上述两个实施例,步骤S4中,使用cache无效和cache写回操作调整状态的步骤如下:
如果当前处理核心的状态为DIRTY,当前处理核心执行失效操作并更新状态为UNCACHED;
如果存在状态为MODIFIED的其他处理核心,这些处理核心执行写回操作并更新状态为CACHED。
本发明所述的实施例,可通过软件或硬件实现,灵活的设计,可满足不同硬件平台的使用。作为一种底层组件,可为软件设计提供统一的多核间数据共享和数据交互方法,增强了程序的可移植性。可支持读写锁或互斥锁逻辑,在任意时刻只有一个处理核心写数据或多个核读数据,保证数据在多核访问时可控。
接下来以两个处理核心的数据读写举例说明,其步骤如下:
a、初始化一个数据对象,分配内存空间,每个处理核心的cache状态设置为UNCACHED;
b、某个处理核心,假设为X,要读取数据,执行准备读操作,状态不改变,请求锁;
c、X读取内存空间中的数据;
d、X读取完成,执行已读操作,X的cache状态设为CACHED,释放锁;
e、某个处理核心,假设为Y,要写入数据,执行准备写操作,内存空间状态不改变,请求锁;
f、Y向内存空间中写入数据;
g、Y写入数据完成,执行已写操作,Y的cache状态设为MODIFIED,X的cache状态设置为DIRTY,释放锁;
h、X读取数据,X的状态为DIRTY,执行失效操作,X的cache状态设置为UNCACHED,Y执行写回操作,Y的状态变为CACHED,重复步骤b。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种多核异构平台维护cache一致性的方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、依次接收多核异构平台上的N个处理核心向内存空间进行读取和/或写入的数据信息,其中,处理核心为CPU、GPU或FPGA;
S2、接收到某个处理核心的读写请求后,根据当期所有处理核心的cache状态,判定是否达到准备读、准备写的状态,如果是,则同意该处理核心的访问请求以及cache状态更新,进入步骤S3,如果否,则拒绝该处理核心的访问请求以及cache状态更新,进入步骤S4;
S3、处理核心发起相关的内存数据访问,更新状态,返回步骤S1;
S4、使用cache无效和cache写回操作调整状态,使得满足当前处理核心的请求,更新状态返回步骤S3。
2.根据权利要求1所述的一种多核异构平台维护cache一致性的方法,其特征在于,步骤S2中,处理核心的cache状态的设定方法如下:
当为内存空间中的数据信息没有被缓存到CPU的cache中时,设定为UNCACHED状态;
当内存空间中的数据信息已经被缓存到CPU的cache中,cache中的数据信息与内存空间中的数据信息保持一致时,设定为CACHED状态;
当CPU的cache中的数据信息发生修改,修改后的数据信息没有同步到内存空间中,cache中的数据信息与内存空间中的数据信息不一致时,设定为MODIFIED状态;
当CPU的cache中的数据信息与内存空间中的数据信息不一致,cache中的数据信息无效时,设定为DIRTY状态。
3.根据权利要求2所述的一种多核异构平台维护cache一致性的方法,其特征在于,步骤S2中,还包括以下步骤:
S21、第n个处理核心向内存空间读取数据信息,执行准备读操作,读取数据信息完成后,执行已读操作,判定此时第n个处理核心的cache状态为CACHED;
S22、第n+1个处理核心向内存空间写入数据信息,执行准备写操作,写入数据信息完成后,执行已写操作,判定此时第n+1个处理核心的cache状态为MODIFIED,第n个处理核心的cache状态修正为DIRTY;
S23、第n+1个处理核心执行写回操作后,将第n+1个处理核心的cache状态修正为CACHED,第n个处理核心向内存空间读取数据信息,此时第n个处理核心的cache状态为DIRTY,执行失效操作,将第n个处理核心的cache状态为修正为UNCACHED。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种多核异构平台维护cache一致性的方法,其特征在于,任意一个处理核心向内存空间进行读取或写入操作时,对状态和操作加锁,同时设定其他处理核心无向内存空间进行读取或写入操作的权限。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种多核异构平台维护cache一致性的方法,步骤S2中,未达到准备读、准备写的状态的情况如下:
当前处理核心的状态为DIRTY,或者存在状态为MODIFIED的其他处理核心。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种多核异构平台维护cache一致性的方法,步骤S3中,更新状态的步骤如下:
读数据完成后,当前处理核心的状态改为CACHED;
写数据完成后,当前处理核心的状态改为MODIFIED,状态为CACHED的其他核心的状态改为DIRTY。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种多核异构平台维护cache一致性的方法,步骤S4中,使用cache无效和cache写回操作调整状态的步骤如下:
如果当前处理核心的状态为DIRTY,当前处理核心执行失效操作并更新状态为UNCACHED;
如果存在状态为MODIFIED的其他处理核心,这些处理核心执行写回操作并更新状态为CACHED。
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