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题名基于RISC-V的内存管理单元设计与实现
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作者
杨思博
于敦山
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机构
北京大学软件与微电子学院
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出处
《微电子学与计算机》
2025年第2期93-102,共10页
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文摘
RISC-V指令集架构定义了支持巨页的多层页表结构,但是由于早期的RISC-V处理器核多定位于嵌入式领域,在内存管理单元(Memory Management Unit,MMU)设计上无法发挥其全部能力,比如页目录缓存和对ASID的支持。本文研究基于RISC-V指令集的高性能MMU设计,采用两级MMU结构:一级MMU分为指令MMU和数据MMU,其中数据MMU支持非阻塞访问,通过增加缺失状态队列,在转译后备缓冲(Translation Lookaside Buffer,TLB)重填后激活保留站中之前因TLB缺失而被挂起的指令;二级MMU采用多级转译缓存结构,通过对页目录的缓存加速TLB加载过程,并支持硬件TLB加载。针对RISC-V指令集定义的TLB无效指令,本文利用组相联cache的结构特点,将无效过程分为组无效和重填时进行路无效这两个阶段,实现了快速的全局无效和按AISD无效TLB的操作。经过验证,MMU可以在28 nm工艺下稳定运行在1.2 GHz,采用多级转移缓存保存页目录的设计使得MMU的访存请求减少了66.65%,TLB加载的平均执行周期减少了65.54%。
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关键词
页表
页目录
内存管理单元
转译后备缓冲(tlb)
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Keywords
page table
page directory
memory management unit(MMU)
translation lookaside buffer(tlb)
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分类号
TN402
[电子电信—微电子学与固体电子学]
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