余金清 章偉 王帆

【摘要】? ? 在無(wú)線通信領(lǐng)域，處理器需要處理的數(shù)據(jù)量非常大，這給數(shù)據(jù)處理及相應(yīng)的存儲(chǔ)帶來(lái)了很高的要求，特別是在基帶領(lǐng)域，數(shù)據(jù)量能達(dá)到幾十Gbps甚至更高，對(duì)存儲(chǔ)提岀了更髙的要求。本文描述一種新型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，能夠有效緩解片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)帶寬需求，同時(shí)進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)傳輸效率并降低設(shè)備功耗。

【關(guān)鍵詞】? ? 動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)? ? L3 Cache? ? 共享緩存

一、問(wèn)題提出

隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸及處理的量越來(lái)越大。特別是在無(wú)線基帶領(lǐng)域，在接收端，接收機(jī)（或基站）接收的無(wú)線信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理后，變成軟比特?cái)?shù)據(jù)，譯碼器（ Turbo、LDPC）需要軟比特?cái)?shù)據(jù)譯碼成硬比特?cái)?shù)據(jù);這個(gè)數(shù)據(jù)量達(dá)到幾十Gbps甚至上百Gbps，這給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)帶來(lái)了很高的要求。特別是在數(shù)據(jù)譯碼錯(cuò)誤情況下，需要進(jìn)行HARQ重傳然后再進(jìn)行譯碼。在重傳數(shù)據(jù)完成前，需要對(duì)之前譯碼錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)先存起來(lái)，然后和新接收的重傳數(shù)據(jù)合并后再進(jìn)行譯碼，譯碼完成后，再將硬比特?cái)?shù)據(jù)回寫(xiě)到存儲(chǔ)器中。如果譯碼不成功，需要再次重傳，然后將新的譯碼錯(cuò)誤數(shù)據(jù)和重傳數(shù)據(jù)合并再譯碼。

如圖1所示，考慮設(shè)計(jì)性能最大化，我們需要提供大量片外存儲(chǔ)空間及帶寬來(lái)滿足一些極端場(chǎng)景，這就對(duì)硬件設(shè)計(jì)、成本、功耗提出了更高的要求。

二、解決思路

片內(nèi)共享存儲(chǔ)區(qū)（ Share store：SST，以下簡(jiǎn)稱(chēng)SST），主要完成 modem數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以及 PHY CPU與 PS CPU交互數(shù)據(jù)存儲(chǔ);其操作場(chǎng)景如下圖2所示。

SST實(shí)現(xiàn)的是類(lèi)L3 Cache功能，可以通過(guò)軟件配置為 cache模式、RAM模式或者 cache和RAM同時(shí)支持的模式。在配置為 cache模式時(shí)， SST Cache實(shí)現(xiàn)與DDR內(nèi)存空間的映射，modem硬件或者CPU軟件通過(guò)AXI總線直接訪問(wèn)DDR內(nèi)存空間，如果 cache hit，則 SST Cache完成DDR內(nèi)存空間映射;否則cache miss，modem硬件或者CPU軟件直接訪問(wèn)DDR若SST配置為RAM模式， modem硬件可以通過(guò)直連線接口或者AⅪ總線接口，軟件通過(guò)AXI總線接口訪問(wèn) SST RAM;RAM的地址空間由軟件分配， modem硬件或者軟件下發(fā)的地址為軟件配置的RAM空間時(shí)，則操作到 SST RAM中，否則操作指令 bypass到DDR中實(shí)踐情況。

三、實(shí)踐情況

3.1實(shí)踐框架

SST主要包括SST接口仲裁控制、 Cache控制管理以及存儲(chǔ)管理等功能，系統(tǒng)劃分如圖3所示。

下面分別介紹各個(gè)模塊和功能：

1. SST接口仲裁控制

將AXI總線送過(guò)來(lái)的操作進(jìn)行接口適配處理，將AXI總線接口轉(zhuǎn)換成內(nèi)部自定義讀寫(xiě)請(qǐng)求接口，然后在送給仲裁處理模塊。通過(guò)AⅪ總線過(guò)來(lái)的操作模塊包括PHY、CPU、 PS CPU、DMA、EDCP以及 modem硬件等。

仲裁處理，選擇優(yōu)先級(jí)較高的一個(gè)請(qǐng)求優(yōu)先進(jìn)行處理，優(yōu)先級(jí)高低由軟件配置下發(fā)，支持通過(guò) AXI ID和地址空間兩種優(yōu)先級(jí)定義。

完成AⅪ端口仲裁處理后，完成不同子系統(tǒng)從AXI總線過(guò)來(lái)的讀寫(xiě)處理操作的cache以及RAM操作模式判斷;cache和RAM操作模式通過(guò)訪問(wèn)地址來(lái)判斷，并給出每個(gè)地址空間的屬性。

2. Cache控制管理 SST cache

SST cache完成 cache訪問(wèn)操作，該操作不支持寫(xiě)操作的 cache miss時(shí)，將現(xiàn)有 cache空間內(nèi)的數(shù)據(jù)踢到DDR，并替換當(dāng)前數(shù)據(jù)操作;支持讀操作的 cache miss時(shí)，將從DDR中讀出數(shù)據(jù)返回給源端請(qǐng)求的同時(shí)，將現(xiàn)有 cache優(yōu)先級(jí)底的數(shù)據(jù)踢到DDR中。

如果判斷該筆訪問(wèn)是需要 bypass到DDR，則直接將訪問(wèn)通過(guò)AXI總線發(fā)給DDR。

3. RAM存儲(chǔ)管理 SST store

完成AXI總線過(guò)來(lái)的 cache、RAM訪問(wèn)的到對(duì)應(yīng)RAM顆粒的讀寫(xiě)選通操作。

完成自定義總線過(guò)來(lái)的RAM訪問(wèn)到對(duì)應(yīng)RAM顆粒的讀寫(xiě)選通操作。

3.2實(shí)踐思路

1. Cache組相連映射關(guān)系

Cache與物理地址的映射關(guān)系，采用組相連的映射關(guān)系。

其中，W定義 Cache Line大小;U為 Cache的組號(hào)（Set）;Ⅴ確定了 Cache有多少Way。

Cache的映射，就是S與Ⅴ之間的映射。

映射過(guò)程是，使用U查T(mén)AG表，得到多個(gè)Way的數(shù)據(jù)，每個(gè)Way內(nèi)有S的值。

使用DDR地址的S數(shù)據(jù)，與TAG表內(nèi)的多個(gè)way的S值比較，如果有相等的，就是命中，得到這個(gè)Way的I，作為V的值，組成 Cache的地址。

如果不命中，就涉及分配策略等。

2. 16Way的情況

SST的 Cache特性：

1） Cache為16Way，則V為4bit;

2） Cache Line為64Byte，W為6bit;

3）Cache Size為256 Kbyte，則U+V+W=18Bit，則U為8bit;

4）DDR物理地址空間為30bit，則S+U+W=30，S為16bit。

Cache的命中表，深度為256（使用U8bit為地址），寬度為16*16=256bit。命中檢測(cè)使用U作為索引，一次讀出256bit的數(shù)據(jù)，同時(shí)分析16個(gè)Way看是否包含有S的數(shù)值，如果有，則表示相同S的Way存貯該地址的數(shù)據(jù)。

四、效果評(píng)價(jià)

如圖4所示，通過(guò)設(shè)置不同的流量模型，并對(duì)比在不同的line大小以及way數(shù)量后進(jìn)行行為級(jí)仿真建?？芍?，SST功能能夠有效減少數(shù)據(jù)對(duì)DDR的訪問(wèn)，從而減少處理器功耗提升能效比性能。