多核处理器Ｐ２０２０的访存实时性分析与优化
段宇博１，２
，王 乐
１，２
（１．中航工业西安航空计算技术研究所，陕西西安７１００６８；
２．机载弹载计算机航空科技重点实验室，陕西西安７１００６５）
摘 要：多核处理器以其高集成度、高性能功耗比的特点，获得了军事、电信、网络等领域的关注，但多个处理核心对共享资源的抢占带来的实时性问题阻碍了多核处理器在上述领域的应用。面向实时性的代表指标———访存时间，以Ｐ２０２０为研究对象，分析了其实时性的影响因素，采用可变步长的模型，对各种影响因素进行了定量的测试与分析，为多核处理器访存实时性的优化提供了参考。关键词：多核；实时性；访存延迟；测试
中图分类号：ＴＰ３１１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１桘６５４Ｘ（２０１５）０３桘０１０８桘０５
Analysis and Optimization of Memory Latency Based on Multi 桘core Processor P ２０２０
ＤＵＡＮＹｕ桘ｂｏ１，２
，ＷＡＮＧＬｅ
１，２
（１．Xi ′an Aeronautics Computing Technique Research Institute ，AVIC ，Xi ′an ７１００６８，China ；
２．Aviation Key Laboratory of Science and Technology on Airborne and Missileborne Computer ，Xi ′an ７１００６５，China ）
Abstract ：Ｍｕｌｔｉ桘ｃｏｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒｈａｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｈｉｇｈｉｎｔｅｇｒａｔｅｄａｎｄｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗｉｔｈｌｏｗ
ｐｏｗｅｒ，ｗｈｉｃｈａｔｔｒａｃｔｓｅｖｅｒａｌａｒｅａｓ′ａｔｔｅｎｔｉｏｎｓｕｃｈａｓｍｉｌｉｔａｒｙ，ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ｎｅｔｗｏｒｋａｎｄｓｏｏｎ．Ｂｕｔｔｈｅｒｅｉｓａｓｅｒｉｏｕｓｐｒｏｂｌｅｍｏｆｒｅａｌ桘ｔｉｍｅｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｃｏｒｅｓａｃｃｅｓｓｉｎｇｔｈｅｓｈａｒｅｄｒｅｓｏｕｒｃｅｓｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ－ｌｙ，ｗｈｉｃｈｃｏｕｎｔｅｒａｃｔｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｍｕｌｔｉ桘ｃｏｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒｉｎｓｕｃｈａｒｅａｓ．Ｆａｃｅｓｔｈｅｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅｉｎｄｉ－ｃａｔｏｒｏｆｒｅａｌ桘ｔｉｍｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｍｅｍｏｒｙａｃｃｅｓｓｔｉｍｅ．ＷｉｔｈＰ２０２０ｐｒｏｃｅｓｓｏｒａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｔｏｔｙｐｅａｎｄａｎａ－ｌｙｓｅｓｉｔｓｅｆｆｅｃｔｆａｃｔｏｒｓｏｆｒｅａｌ桘ｔｉｍｅ．Ａｄｏｐｔｓａｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎｖａｒｉａｂｌｅｓｔｒｉｄｅｓｔｏｑｕａｎｔｉｆｉｃａ－ｔｉｏｎａｌｌｙｔｅｓｔａｎｄａｎａｌｙｚｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｆａｃｔｏｒｓ．Ｐｒｏｖｉｄｅｓｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｍｅｍｏｒｙａｃｃｅｓｓｔｉｍｅ．
Key words ：ｍｕｌｔｉ桘ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ；ｒｅａｌ桘ｔｉｍｅ；ｍｅｍｏｒｙａｃｃｅｓｓｌａｔｅｎｃｙ；ｔｅｓｔ
引言
在多核处理器出现之前，处理器生产商一直致力于单核处理器的发展，其性能已经发挥到极致，仅仅提高单核芯片的速度会产生过多热量且无法带来相应的性能改善，同时还会要求更深的流水线操作，这无疑又增加了处理器的复杂度［１］
。单核越来越难以满足要求，其局限性日渐突显，促使了多核处理器的产生。现如今，多核处理器的应用日渐广泛，深入到了各个领域。与此同时，处理器的实时性作为判断其优劣的一个重要指标，一直是人们关注的重点。尤其是军事、电信以及网络等诸多领域，实时性的好坏是决定一款处理器是否适用的核心因素。多核处理器由于共享资源的存在，使得实时性问题变得更加复杂。例如，共享
Ｃａｃｈｅ、片上互连等。不同处理器核上的任务对共享资源的竞争访问使得任务在访问共享资源时会受到干扰，从而影响实时性［２］
。本文面向实时性的代表指
标———访存时间，以Ｐ２０２０处理器为研究对象，对各种影响因素进行了定量的测试与分析，为多核处理器访存实时性的优化提供了参考。
１ 影响Ｐ２０２０处理器访存实时性的因素分析
Ｐ２０２０处理器是Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ公司ＰｏｗｅｒＰＣ架构下ＱｏｒｌＱＰ２平台的一款核心产品，具有高性能、低功耗的特点。它采用两个ＰｏｗｅｒＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅＴＭＥ５００ｖ２核心，具有最高１．２ＧＨｚ的时钟频率。Ｐ２０２０中每个Ｅ５００核都具有私有的６４ＫＢＬ１ｃａｃｈｅ（包括３２ＫＢ数
收稿日期：２０１５－０１－０９ 修订日期：２０１５－０５－０２ 基金项目：中航工业技术创新基金项目资助（２０１３Ｄ６３１２５Ｒ）
作者简介：段宇博（１９９０－），男，河南偃师人，工程师，硕士，主要研究方向为计算机体系结构。
第４５卷 第３期航空计算技术
Ｖｏｌ．４５Ｎｏ．３２０１５年５月ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＭａｙ．２０１５