1 引言

　　如今，隨著集成電路工藝發展到深亞微米的階段，處理器體系結構的設計研究正朝著多 核的方向發展。Intel、IBM、SUN 等主流芯片產商已經在市場上發布了自己的多核處理器。 目前多核處理器的發展尚處于起步階段，有很多問題還有待解決。其中，一個十分重要的方 面就是設計高效的片上通信架構[1]。多個內核上同時執行的各個程序之間可能需要進行數據 共享與同步，因此多核處理器的硬件結構必須支持各個CPU 內核之間的通信。一般說來， 異構多核處理器和同構多核處理器在通信機制的設計上有著不同的考慮。異構多核處理器通 常是針對嵌入式系統的應用，主要存在著總線、存儲控制器、共享存儲區等通信機制。

　　異構多核處理器系統的幾種主要通信機制，事實上都可以通過一個共享存儲區來實現 [2]，例如郵箱、消息、信號量實際上都是以共享存儲區作為傳播載體。同時，也考慮到 SystemC 的設計方法可以支持設計者在不同層次上建模減小了代碼量和工作量，提供了更高的工作效 率。因此本文在采用共享存儲器通信機制[3]的同時，基于SystemC 提出且建立事務級多核通 信模型，并利用MP3 解碼程序實例證明了本模型有效的實現了多核間的通信。

　　2 SystemC 通信總線模型

　　2.1 SystemC 簡介

　　SystemC 由C++衍生而來，在C++基礎上添加硬件擴展庫和仿真庫構成，從而使SystemC 可以建模不同抽象級別的包括軟件和硬件的復雜電子系統[4]。他的最基本的結構單元是模塊 (module)，模塊可以包含其他模塊或過程(process)和方法(method)，過程如同C 語言中的函 數用以實現某一行為模塊，通過接口(port) 與其他模塊通信接口之間用信號(Signal) 相連。 一個完整的系統由多個模塊組成，每個模塊包含一個或多個過程和方法，過程是平行工作的。 基于SystemC 的設計方法支持設計者在不同層次上建模減小了代碼量和工作量提供了更高 的工作效率，也就是說利用SystemC 與傳統的方法相比可以更為高效快速地進行仿真。

　　2.2 模塊細化及基于SystemC 的通信總線行為級建模

　　 一個典型的片上系統模型框架通常包括總線、總線仲裁器、微處理器、數字信號處理器 (L6P)、存儲器和其他專用集成電路(ASIC)。這樣一個復雜的系統，傳統的設計辦法是全部 使用C/C++進行描述以進行系統級建模和驗證，然后將硬件部分的描述手工翻譯為 VHDL/Verilog HDL，等硬件描述語言進行描述.等硬件全部實現后再進行軟件的設計與實現。在引入SystemC 作為建模語言的情況下，整個系統可以方便地用一種語言進行描述、 建模、仿真、細化，直到最終實現。

　　在使用 SystemC 建立片上總線行為級模型時，根據總線一般模型中各個模塊的行為特 性，進行了進一步的模型細化，得出片上總線行為級模型的SystemC 模塊結構圖，如圖1 所示。在模型細化的過程中，總線主設備被劃分為直接型主設備、阻塞型主設備和非阻塞型 主設備;總線從設備被劃分為快速存儲器、慢速存儲器和代表ASIC 的通用串口;通信總線和 仲裁器模塊保持不變。

　　總線采用分層通道的方式實現，實現了直接型接口、阻塞型接口和從設備接口。在某些 時鐘的上升沿，總線收集到來自各個主設備的從設備讀寫請求，并將這些請求加入請求隊列。 在時鐘的下降沿，總線將請求發送給總線仲裁器，由總線仲裁器根據一定的仲裁規則進行仲 裁，從請求隊列中選擇出合適的主設備請求并通過從設備接*由總線從設備進行服務。

　　3 基于異構多核的通信模塊設計與實現

　　3.1 設計原理

　　按照上文中提到的總線架構，多核處理器作為通信總線的主設備而共享存儲區作為總線 的從設備形成了整個系統模型，但考慮到異構多核與同構多核相比存在一個問題：即由于不 同內核的應用程序采用的是不同的交叉編譯器，因此高級語言所指定的內存空間是無法做到 一致的，即便是直接寫匯編程序指定內存地址，由于操作系統分配給不同模擬器的程序空間 是不同的，也無法做到共享存儲。也就是說，無論是高級語言編程，還是匯編語言編程，都 要解決二進制代碼和內核模擬器之間的通信。因此上文中提到的基于SystemC 的通信總線 就需要針對不同的異構多核組合進行相應的修改，缺少通用性，違反了模塊設計封裝化原則。

　　經過不斷的探索和比較，本文最終采用了一種從方法學角度和可擴展性角度來看，都比 較合適的方法： 在各個處理器與通信總線之間添加一個通信控制模塊(CMCCtrl-- Communication control)如圖2 所示。