面向外設(shè)管理的微處理器硬件多線程擴(kuò)展.pdf

1、近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，廣泛地應(yīng)用于社會(huì)生活，如智能家居、醫(yī)療電子、汽車電子等。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)本質(zhì)上是傳感器控制系統(tǒng)，其利用大量傳感器設(shè)備去采集事物的信息，傳感器設(shè)備一般具有實(shí)時(shí)性要求。傳統(tǒng)微處理器針對(duì)有實(shí)時(shí)性要求的外設(shè)管理存在局限性，如需要保存與恢復(fù)中斷現(xiàn)場(chǎng)、中斷響應(yīng)延遲隨機(jī)性較大等。本文基于傳統(tǒng)微處理器擴(kuò)展設(shè)計(jì)了一款面向外設(shè)管理的硬件多線程處理器，主要的設(shè)計(jì)目標(biāo)有兩點(diǎn):一是提高中斷響應(yīng)速度;二是當(dāng)多中斷并發(fā)處理時(shí)，減少中斷平均處理時(shí)

2、間。
　　為了加快中斷的響應(yīng)速度，本文提出一種基于CK802嵌入式微處理器的細(xì)粒度多線程擴(kuò)展設(shè)計(jì)方案，支持四個(gè)硬件線程并行處理中斷，并且允許中斷派發(fā)器直接將中斷服務(wù)程序派發(fā)到處理器的硬件線程上執(zhí)行，無(wú)需軟件干預(yù)，減少了中斷現(xiàn)場(chǎng)的保存與恢復(fù)操作。同時(shí)，本文還提出一種條件輪詢的硬件線程調(diào)度策略，該策略只允許就緒的硬件線程參與調(diào)度，相比于輪詢調(diào)度策略，在多中斷并發(fā)場(chǎng)景下，其能夠更好地隱藏并發(fā)中斷的流水線延遲，提高處理器的中斷并行處理效率

3、，減少中斷處理平均所需的時(shí)間。
　　本文對(duì)多線程擴(kuò)展前后的處理器進(jìn)行了對(duì)比分析。實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)硬件多線程處理器中存在空閑硬件線程時(shí)，其中斷響應(yīng)延遲只需一個(gè)時(shí)鐘周期，遠(yuǎn)快于基準(zhǔn)處理器12個(gè)時(shí)鐘周期的中斷響應(yīng)速度。而且當(dāng)多中斷并發(fā)處理時(shí)，硬件多線程處理器的中斷平均處理時(shí)間較基準(zhǔn)處理器減少了48.80％，代價(jià)是綜合面積增加了15.2％。本文還將該硬件多線程處理器與按輪詢策略調(diào)度的硬件多線程處理器進(jìn)行了對(duì)比分析，實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)多中斷并發(fā)處理時(shí)，本