Реконфигурация¶
Введение¶
Мультиклеточное ядро — это группа идентичных процессорных блоков(2 и более), объединенных полносвязной однонаправленной коммутационной средой.
Процессорный блок в мультиклеточной архитектуре называется клеткой. Набор команд, который она может выполнять определяется конкретной реализацией и не зависит от архитектуры.
Т.к. код не зависит от количества клеток, которым он будет исполняться, появляется способность мультиклеточного ядра к распределению своих вычислительных ресурсов во время работы, при этом управление происходит программно.
Способность мультиклеточной архитектуры перераспределять свои ресурсы мы называем — реконфигурацией. Например, клетки мультиклеточного ядра могут быть, как угодно распределены для выполнения какого-либо алгоритма или его части. Группа (лучше названия пока не придумали) — это часть клеток мультиклеточного ядра, которые связаны между собой для выполнения какого-либо алгоритма или части алгоритма. В группе может находиться 1 и более клеток. Когда мультиклеточное ядро разделяет группу на части — это называется декомпозиция. Процесс объединения в группу — композиция.
На рисунке С0 - С3 это клетки. Картинка не совсем корректна, т.к. показаны трансформации не за один процесс реконфигурации.
В ближайшее время поправлю.
Больше теории по архитектуре можно почитать тут http://habrahabr.ru/post/226773/
Теория¶
Реконфигурация — способность клеток процессора к композиции (сбор) и декомпозиции (разбор) по группам, т.е. возможность клеток объединяться в группы от одной клетки и до N(для N клеточного процессора) и выполнять свой участок кода. По умолчанию при старте любой программы все клетки находятся в одной группе. Стоит отметить, что у каждой группы появляется свой набор РОНов, индексных, управляющих регистров, можно назначить свой обработчик прерываний.
Для совершения операций по реконфигурации клеток используются два системных регистра: NEWADDR, ICR.Рассмотрим регистр NEWADDR:
Регистр предназначен для формирования адреса перехода на следующий параграф для группы клеток.
| номер бита | 63...36 | 35 | 34 | 33 | 32 | 31...0 |
| описание | резерв | C0 | C1 | C2 | C3 | NEWADDR |
В битах C0-C3 необходимо отметить клетки группы для которых назначается адрес перехода.
NEWADDR - адрес параграфа на который будет переход выбранной группы.
Регистр предназначен для формирования групп клеток.
| номер бита | 63...36 | 35 | 34 | 33 | 32 | 31...4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
| описание | резерв | C0_Г | C1_Г | C2_Г | C3_Г | резерв | C0 | C1 | C2 | C3 |
В битах C0_Г - C3_Г необходимо отметить клетки формируемой группы.
В битах С0 - С3 необходимо выставить соответствующим клеткам группы разрешение работы.
Примечание: важно заметить, что если будет выставлена "1", например в поле C0_Г, а в поле С0 будет
установлено значение "0", то клетка будет полностью отключена до следующей перезагрузки процессора.
Поэтому в большинстве случаев значение С0_Г - С3_Г совпадает со значение битов C0 - C3
Реконфигурация в принципе состоит из двух при декомпозиции и трёх параграфов при композиции:
1) В первом параграфе необходимо выставить в PSW биты 7,8 для группы клеток с которыми необходимо провести операции
композиции и декомпозиции.
- Бит 7 системного регистра PSW позволяет группе клеток заявить о готовности к реконфигурации.
- Бит 8 системного регистра PSW запрещает выборку следующего параграфа, пока не выполняться команды текущего параграфа.
1+) При композиции необходимо сделать для группы которую мы присоединяем ещё один параграф без адреса перехода.
2)Во втором параграфе необходимо сформировать группы клеток и назначить адреса перехода для каждой новой группы.
Т.е. выбрали группу для реконфигурации, сформировали новые группы и задали адреса. Затем новые группы независимо друг от друга пойдут
по своим параграфам. При это у каждой группы появится своя набор РОНов, управляющих регистров, обработчиков прерываний и т.д.
Но при этом любая группа клеток может беспрепятственно обращаться к памяти или периферии.
Декомпозиция
Группы клеток могут быть разделены на новые группы. При этом у новых групп клеток будет свой набор РОНов, управляющих регистров, обработчиков прерываний и т.д, но значения РОНов, управляющих регистров сохранится от группы клеток от которой они отделились.
Композиция
Группы клеток могут быть объединены в новую группу. При этом у новой группы клеток будет полный набор РОНов, управляющих регистров, обработчиков прерываний и т.д. Но при этом значения РОНов, управляющих регистров, обработчиков прерываний и т.д. при сборке для разных клеток могут иметь разные значения. Поэтому после сборки в группу необходимо провести синхронизацию(проинициализировать новыми значениями, хотя данная процедура и не является обязательной) РОНов, управляющих регистров, обработчиков прерываний для того, чтобы не получать разные значения при считывании.
Особенности реконфигурации¶
В первых двух ревизиях процессора R1 присутствуют некоторые особенности процесса реконфигурации:
Запрещено за один процесс реконфигурации отделить часть клеток от одной группы и присоединить к другой.
Т.е. сначала мы должны выделить из группы часть клеток в отдельную группу, а потом присоединить к другой.
Но при этом разделить мы можем за одну реконфигурацию до 4 групп клеток, собрать также можем в одну группу до
4-х отдельных групп(процессор R1 состоит из 4-х клеток).
Примеры¶
Декомпозиция
а)Для группы клеток, которую необходимо разделить мы выставляем биты 7,8 в PSW в состояние «1».
test:
getl #PSW
getl 0x180 ; 7,8 bits
or @1, @2
setl #PSW, @1
jmp reconf
complete
б)Следующим параграфом после установки битов 7,8 в PSW должен быть параграф, формирующий новые значения регистра ICR и адреса перехода для новых групп клеток, который должен находиться в регистре NEWADDR. Запись этих новых значений выполняется только при «1» в битах 7,8 PSW.
В битах 35-32 значением «1» позиционно задается физический номер клетки, для которой предназначено новое значение регистра.
Например разбиение на две группы (для наглядности не будем оптимизировать параграф):
reconf:
getl 0x8
patch @1, @1 ; формируем 64-х разрядное значение 0x800000008
setq #ICR, @1 ; 1000 установка в регистр группы
getl 0x7
patch @1, @1 ; формируем 64-х разрядное значение 0x700000007
setq #ICR, @1 ; 0111 установка в регистр группы
getl 0x8
getl test_1000 ;имя параграфа с которого начнёт работу группа из одной клетки
patch @2, @1
setq #NEWADDR, @1 ; 1000+addr установка в регистр адреса следующего параграфа для группы
getl 0x7
getl test_0111 ;имя параграфа с которого начнёт работу группа из трёх клеток
patch @2, @1
setq #NEWADDR, @1 ; 0111+addr установка в регистр адреса следующего параграфа для группы
complete
Композиция
а)В группах клеток, которые необходимо собрать мы выставляем в «1» биты 7,8 в PSW
pre_reconf_23: ; в группе которую подключаем метка может быть например pre_reconf_1
getl #PSW
getl 0x180 ; 7,8 bits
or @1, @2
setl #PSW, @1
jmp reconf ; в группе которую подключаем будет jmp stop_1
complete
б)Следующим параграфом, после установки битов 7,8 в PSW, в группе, которая подключается должен быть параграф без команды перехода, например:
stop_1:
getl 0x123
complete
в) В группе, к которой происходит подключение, должен быть параграф с установкой новых групп, например к группе из двух клеток 2,3 подключается клетка 1:
reconf:
getl 0x7
patch @1, @1 ; формируем 64-х разрядное значение 0x700000007
setq #63, @1 ; 0111 установка в регистр группы
getl 0x7
getl test_0111
patch @2, @1
setq #60, @1 ; 0111+addr установка в регистр адреса следующего параграфа для группы
complete
После выполнения этого параграфа, клетки 1,2,3 образуют одну группу клеток, которая начнёт свою работу с параграфа test_0111.
Зачем нужна реконфигурация¶
Иногда программа идет последовательно по шагам с зависимостями и в этом случае нет необходимости в 64-х клетках. Т.е. мы и сделали реконфигурацию для того, чтобы распределять вычислительные ресурсы. Десяток клеток на одну задачу, 15 на другую и так далее. В случае 64-х клеточного может быть до 64-х групп.
Примеры:
1)Работа диктофона. Пусть одна клетка занимается предварительной обработкой сигналов (для примера) фильтрация определенного вида. Две другие обрабатывают предыдущий сэмпл и распознавание речи, а ещё одна всё записывает во внешнюю память или периферией занимается.
2)Система управления скважинным водяным насосом частного дома. Одна клетка периодически опрашивает кнопки, обновляет индикацию и считывает показания датчика давления в магистрали. Три клетки стоят. Когда давление падает ниже критического уровня, основной поток запускает оставшиеся три клетки. Они начинают считать синусы для управления инвертором питания насоса. Это пример частотного управления в зависимости от давления. Если потребление воды упало, насос отключается, и три "счётных" клетки останавливаются.
Т.е. программист сам решает, сколько задач (в пределах числа клеток) запустить, и с какой производительностью: нужно ли много задач, либо быстро считать, либо экономить электричество.