Выпускная квалификационная работа Адаптация буферизующего коммутатора данных МП

Выпускная квалификационная работа Адаптация буферизующего коммутатора данных МП «Эльбрус-S 2» Студент: Рогов А. С. , ФРТК, 613 гр. Научный руководитель: Костенко В. О.

МП «Эльбрус-S 2» Введение • МП «Эльбрус-S 2» - СБИС МП обработки цифровой сигнальной информации • Коммутатор данных (Data. Box) МП «Эльбрус‑S 2» разработан на основе Data. Box МП «Эльбрус-S» • МП «Эльбрус-S» построен на ядре архитектуры «Эльбрус» • МП «Эльбрус-S 2» состоит из двух ядер архитектуры «Эльбрус» и 4 -х ядерного DSPкластера ГУП НПЦ «ЭЛВИС»

МП «Эльбрус-S 2» Упрощённая структурная схема Абоненты Data. Box: 1. IOCOM – коммутатор устройств вводавывода; 2. MC – контроллер памяти; 3. SC – системный коммутатор; 4. CIC – межъядерный коммутатор; MAU – устройство доступа к памяти

Постановка задачи • Доработать Data. Box с целью выполнения следующих требований: Требования • Согласовать пропускные способности каналов Data. Box и его абонентов (IOCOM, SC, MC, CIC/MAU) • Минимизировать задержки передачи данных • Обеспечить работу Data. Box на номинальной частоте МП 500 МГц

Абоненты Data. Box IOCOM • Каналы выдачи данных по IO-чтению и DMA-записи составляют единый канал выдачи данных из IOCOM в Data. Box шириной 64 бит (4 ГБ/с)

Канал IO-чтения Исходные данные • Редкие короткие обмены • В зависимости от запросчика (локальный или удаленный МП) данные направляются в MAU (локальное IO-чтение) или межпроцессорные линки (SC) (удаленное IO-чтение) • Темп выдачи данных из IOCOM: 4 ГБ/с

Локальное IO-чтение Проблемы и решения Проблема Решение û Несоответствие пропускных способностей IOCOM (4 ГБ/с) и MAU (1 ГБ/с) û Наличие задержки передачи данных в 2 такта ü Расширение шины передачи данных в MAU с 16 бит до 64 бит* ü Устранение задержки* * Произведены соответствующие изменения протокола обмена Data. Box-MAU

Локальное IO-чтение Структурная схема 16 64

Канал DMA-записи Исходные данные • Передача больших массивов данных • В зависимости от запросчика (локальный или удаленный МП) данные направляются в SC (локальная DMA -запись) или межпроцессорные линки (SC) (удаленная DMA-запись) • Темп выдачи данных из IOCOM: 4 ГБ/с • Размер буфера DMA-записи: 4 x(32 Б/64 Б)

Локальная DMA-запись Проблемы и решения Проблема Решение û Несоответствие пропускных способностей IOCOM (4 ГБ/с) и SC (2 ГБ/с) ü Расширение шины передачи данных в SC с 32 бит до 64 бит* * Произведены соответствующие изменения протокола обмена Data. Box-SC

Локальная DMA-запись Структурная схема 32 64

Буфер DMA-записи Проблемы и решения Проблема Решение û Наличие задержки передачи данных за счет частых блокировок буфера. Причина - недостаточный размер буфера: 4 x(32 Б/64 Б) ü Увеличение размера буфера до 16 x(32 Б/64 Б) * Проблема и соответствующее решение определены по результатам тестирования RTL-модели МП (тесты на DMAобмен)

Удаленное IO-чтение / Удаленная DMA-запись • Пропускная способность данного канала ограничена пропускной способностью межпроцессорных линков и составляет 2 ГБ/с. Доработка невозможна

Увеличение рабочей частоты Устранение критических путей 1. IO-чтение (IOCOM -> Data. Box -> SC(линки)). Проходящий комбинационный путь 2. 39 ns (slack: -0. 49 ns) устранен путем реализации «непрозрачной» очереди вместо «прозрачной»

Увеличение рабочей частоты Устранение критических путей +0. 95 ns 2. Чтение из памяти (Data. Box -> SC(линки)). Критический путь 2. 14 ns (slack: -0. 24 ns) устранен путем реализации байпаса блочной памяти через 2 -элементную регистровую очередь без внесения дополнительных тактовых задержек

Исправление ошибок • В процессе работы были обнаружены и исправлены ошибки RTL-описания Data. Box (выявлено 14 ошибок, 3 ошибки – в других модулях, 11 исправлено) • В частности, одна ошибка была выявлена при верификации системы e 3 s: данные IO-чтения портятся другим (спекулятивным) IO-чтением. Причина: некорректная обработка признака «spec» для данных

Результаты • Выполнены необходимые доработки Verilogописания Data. Box, позволившие: – согласовать пропускные способности каналов Data. Box и его абонентов; – минимизировать задержки передачи данных; – Обеспечить работу Data. Box на номинальной частоте МП 500 МГц. • Исправлены обнаруженные ошибки • Произведено тестирование в составе RTLмодели МП «Эльбрус-S 2» • В настоящее время производится тестирование прототипа на ПЛИС

Спасибо за внимание!