在嵌入式多核集群中利用OCP處理高速緩沖器一致流量

一致消息

　　一致處理系統(tǒng)可能執(zhí)行四個一致消息，這四個消息是由CPU負(fù)載/存儲活動產(chǎn)生的L1高速緩沖器行狀態(tài)變化導(dǎo)致的。發(fā)起的CPU將這個消息以OCP主端口命令發(fā)送。系統(tǒng)的同級CPU接收基于該行狀態(tài)變化的干預(yù)，并以其本地高速緩沖器行狀態(tài)進(jìn)行響應(yīng)。

　　第一種消息類型是CohReadOwn，表示在嘗試修改高速緩沖器行時發(fā)生的高速緩沖器的不命中。同級內(nèi)核遇到處于“修改”狀態(tài)的該行時，會強(qiáng)制回寫到存儲器子系統(tǒng)中，并執(zhí)行本地失效。作為優(yōu)化，本地遇到的行數(shù)據(jù)將被轉(zhuǎn)發(fā)到請求方 CPU，以降低存取延遲。請求方CPU將使該行作為“專有”行，并執(zhí)行行修改指令。然后，高速緩沖器行狀態(tài)將變成“修改過的”。在等待行重新填滿的時候，請求方CPU將繼續(xù)另一個線程的執(zhí)行。

　　一致讀取共享(CohReadShared)消息表明在讀行操作過程中發(fā)生的高速緩沖器不命中。不需要行修改。遇到“已修改”狀態(tài)的該行的同級內(nèi)核將強(qiáng)制回寫到存儲器子系統(tǒng)。命中的同級行將轉(zhuǎn)換到“共享”狀態(tài)。命中數(shù)據(jù)將被轉(zhuǎn)發(fā)到請求方內(nèi)核，并以“共享”狀態(tài)安裝。然后執(zhí)行讀行操作。在等待行重新填滿的時候，請求方CPU將繼續(xù)另外一個線程的執(zhí)行。

　　一致升級(CohUpgrade)消息表明遇到命中“共享”行的一個高速緩沖器行修改指令。同級內(nèi)核將收到通知取消命中行。在修改指令執(zhí)行完以后，“共享”行會隨之升級為“修改”行。

　　最終，一致回寫(CohWriteBack)消息表示驅(qū)逐了一個一致高速緩沖器行。一致管理器將通過干預(yù)端口發(fā)起數(shù)據(jù)移動，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到存儲器子系統(tǒng)。被驅(qū)逐的高速緩沖器行隨后便由一個新的—可能是一致的—地址取代。在這種情況下，CohReadOwn或CohReadShared導(dǎo)致了這個驅(qū)逐。
  
一致高速緩沖器操作指令

　　為了響應(yīng)高速緩沖器操作，需要發(fā)起一致消息，并發(fā)送到同級內(nèi)核。

　　·CohCopyBack—將一致高速緩沖器行回寫到存儲子系統(tǒng)。
　　·CohInvalidate—清除一致高速緩沖器行，而不是將其內(nèi)容回寫到存儲子系統(tǒng)。
　　·CohWriteInvalidate—I/O一致單元在一個新的高速緩沖器行注入一致域。
　　·CohReadInvalidate — I/O一致單元通知系統(tǒng)，高速緩沖器行將離開一致域。
　　·CohCompletionSync—無數(shù)據(jù)的命令可以保持排序。

非一致命令

　　傳統(tǒng)的OCP命令，如“讀取”和“寫入”命令是由整個一致處理系統(tǒng)支持的，以處理非一致存儲器存取的數(shù)據(jù)存取。當(dāng)高速緩存的、非一致地址內(nèi)的命中失敗，或者非高速緩存存取引發(fā)存儲子系統(tǒng)內(nèi)的讀取操作時，就會發(fā)出讀命令。如果響應(yīng)數(shù)據(jù)是作為非一致高速緩存安裝的話，那么非高速緩存數(shù)據(jù)就會直接被消耗掉。提取和負(fù)載/存儲活動可導(dǎo)致讀取處理。當(dāng)高速緩存的、非一致逐出數(shù)據(jù)或非高速緩存地址范圍存儲被寫入存儲子系統(tǒng)時，即發(fā)出寫入命令。內(nèi)核的 OCP 主端口執(zhí)行命令和數(shù)據(jù)階段的處理。

實例—一致讀取共享消息

　　CPU0 在一致高速緩存行上遇到負(fù)載不命中，并發(fā)起 cohReadShared 消息(無修改意圖)。一致管理器將干預(yù)消息發(fā)送到所有內(nèi)核，在此內(nèi)核 1 將響應(yīng)“修改”的命中。一致管理器現(xiàn)在發(fā)起了一個修改行回寫，將行數(shù)據(jù)從內(nèi)核 1 中的干預(yù)端口移動到存儲子系統(tǒng)。命中的內(nèi)核 1 高速緩存行轉(zhuǎn)移到“共享”狀態(tài)(見圖2)。行數(shù)據(jù)移動也會轉(zhuǎn)發(fā)到內(nèi)核 0，在此它可在“共享”狀態(tài)下安裝。

圖2  一致讀取共享消息

結(jié)語

　　OCP互連有助于支持基于消息的一致方案。集中的一致管理器可以串化從單獨(dú)內(nèi)核發(fā)出的一致消息，并詢問同級內(nèi)核的一致狀態(tài)。內(nèi)核之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)可減少存取延遲和對更高級別的存儲器層的流量。單個內(nèi)核支持OCP主端口發(fā)起數(shù)據(jù)存取和OCP從端口接收來自一致管理器的詢問。

參考文獻(xiàn)：

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　　2.  OCP一致擴(kuò)展，第二部分：信號和解碼(未發(fā)表、初稿)
　　3.  MIPS32 1004K一致處理系統(tǒng)用戶手冊，MIPS科技公司