多通道并行存储访问接口的设计与实现.doc

简介：
本文档详细探讨了多通道并行存储访问接口的设计原理，并通过实例展示了其实现过程及性能优化方法。 多通道并行访存接口设计与实现是一种为片上多核系统提高存储器带宽利用率而开发的技术。通过利用存储器接口两侧的带宽差异及时间间隙的概念，该技术能够确保在SDRAM侧分时独享访问权的同时，在用户端支持并行操作。 这项工作的主要内容包括： 1. 设计原理分析：对MAMI设计的基本理念进行深入探讨，并提出具体的设计方案。同时讨论了设计方案中的工作机制以及关键参数的设定方法，例如仲裁机制的选择、时间间隙切换策略及时间间隔长度等。 2. 硬件原型开发与实现：根据上述设计方案，在FPGA平台上完成了硬件原型的构建和验证工作。MAMI设计通过引入自查询分配数据端口的方式解决了并行访问中的端口分配难题，并优化了时间间隙轮转机制，从而实现了SDRAM侧的数据通道切换时无延迟。 3. 系统集成与性能评估：将开发出的多通道访存接口嵌入到目标系统中，取代原有的仅支持单一读写操作的传统存储器接口。通过对比不同计算和数据密集型任务在该设计下的表现情况来分析其对并行传输效率以及整体应用效能的影响。 实验结果显示，在Xilinx Virtex61x760 ff1760-1 FPGA芯片上，集成MAMI后的系统相较于传统的一读一写架构，在寄存器、查找表和BRAM资源消耗仅增加3%至4%的情况下，实现了显著的性能提升。例如在子孔径处理任务中分别提高了约18.13%（配置模式）与6.83%（合成孔径模式），且对于大规模转置操作尤其有效。 这种设计的主要优点包括： - 提升了存储器接口带宽的有效利用率。 - 实现了SDRAM侧分时独享访问和用户端并行操作的目标。 - 解决了数据端口分配的问题，实现了自动化的访存端口调度机制。 - 优化时间间隙轮转策略，减少了通道切换的时间损耗。 多通道并行访存接口设计与实现技术适用于需要高效存储器管理的计算密集型应用（如图像处理、科学计算等）以及片上多核系统的架构开发。此外，在高性能计算和数据存储系统中也具有广泛的应用潜力。