Multi-Port-Speichermanager für die Java-Plattform SHAP

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Lena Schäfer
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1 Fakultät Informatik Institut für Technische Informatik, Professur für VLSI-Entwurfssysteme, Diagnostik und Architektur Multi-Port-Speichermanager für die Java-Plattform SHAP DASS 2008 Martin Zabel, Peter Reichel, Rainer G. Spallek Dresden,

2 SHAP-Mikroarchitektur SHAP Microarchitecture configurable Wishbone Bus CPU ALU Stack UART Data 32 Memory 32 Manager 32 Method Cache 8 Garbage 32 Code Collector DDR: 16 SDR: 32 Controller Graphics Unit Ethernet MAC DMA Ctrl Memory SRAM DDR RAM TU Dresden, Multi-Port-Speichermanagerfür die Java-Plattform SHAP Folie 2 von 12

3 Gliederung Objektorientierter Speicherzugriff Single-Port-Speichermanager Multi-Port-Speichermanager Anwendung Zusammenfassung TU Dresden, Multi-Port-Speichermanagerfür die Java-Plattform SHAP Folie 3 von 12

4 Motivation Unterstützung objektorientierter Konzepte in Hardware. Speichermanager zur autonomen Verwaltung des Heaps. High-Level-Kommandos. Anbindung mehrerer Komponenten, wie Multi-Core, DMA. Beispiel: Java-Plattform SHAP. TU Dresden, Multi-Port-Speichermanagerfür die Java-Plattform SHAP Folie 4 von 12

5 Objektorientierter Speicherzugriff Adressierung mittels Objektreferenz und Objektoffset. Direkt: base = ref. Indirekt: base = table[ref]. Günstig für Copying Garbage Collection. Einsatz in der SHAP-MA. Aktivierung einer Referenz. Laufzeit für Aktivierung kann versteckt werden. ref offset Heap Memory Manager Reference Table Object base + Object TU Dresden, Multi-Port-Speichermanagerfür die Java-Plattform SHAP Folie 5 von 12

6 Einsatz von SHAP in Echtzeitsystemen ref offset Address Calculator moved ref Comparator move offset select Hardware-integrierter, nebenläufiger Garbage Collector. base + + new base Nebenläufige Objektverschiebung. Automatische Umlenkung von Speicherzugriffen. Heap old position either... or new position to be moved already moved TU Dresden, Multi-Port-Speichermanagerfür die Java-Plattform SHAP Folie 6 von 12

7 Single-Port-Speichermanager Multiplexer-Schaltung für die Anbindung von CPU und Methoden-Cache. Steuerung durch Methoden-Cache. Aber: Nur eine Referenz aktivierbar. CPU Method Cache Data Code M U X Memory Manager Garbage Collector TU Dresden, Multi-Port-Speichermanagerfür die Java-Plattform SHAP Folie 7 von 12

8 Nachteile des Multiplexer-Prinzips Atomare Operationen bestehend aus Referenzaktivierung und Lese-/Schreibzugriff. Ständiger Wechsel der Referenz. Lösung: Ein eigenständiger Port je angeschlossener Komponente. TU Dresden, Multi-Port-Speichermanagerfür die Java-Plattform SHAP Folie 8 von 12

9 Multi-Port-Speichermanager Multi Port Memory Manager request reply Port tag = 0? request Port tag = 1? Arbiter request + tag reply + tag Address Calc Memory Controller update cached base addresses Object Move Control TU Dresden, Multi-Port-Speichermanagerfür die Java-Plattform SHAP Folie 9 von 12

10 Multi-Port-Speichermanager Port: Zerlegung der High- in Low-Level-Kommandos. Caching der Basisadresse. Arbitrierung auf Ebene der Low-Level-Kommandos. Getrennte Kanäle für Requests und Reply. Zuordnung mittels Tags. Pipelining Effiziente Abarbeitung. Weiterer Kanal für das Update der in den Ports zwischengespeicherten Basisadressen. TU Dresden, Multi-Port-Speichermanagerfür die Java-Plattform SHAP Folie 10 von 12

11 Anwendung Optimierung der Methoden-Cache-Anbindung. CPU Method Cache Data Code Memory Manager Direct Memory Access für Graphics Processing Unit. Zukünftig: Multi-CPU und Multi-Core. CPU Method Cache Data Code Garbage Collector DMA TU Dresden, Multi-Port-Speichermanagerfür die Java-Plattform SHAP Folie 11 von 12

12 Zusammenfassung Problem: Indirektionskonzept des in Hardware integrierten, nebenläufigen Garbage Collectors. Lösung: Speichermanager mit mehreren Ports: Gleichzeitigen und unabhängigen Objektzugriff für verschiedene Komponenten. Arbitrierung der Low-Level-Kommandos. Pipelining mittels getrennter Kanäle für Requests und Replys. Anwendung: Methoden-Cache, DMA, Multi-CPU, Multi-Core,... TU Dresden, Multi-Port-Speichermanagerfür die Java-Plattform SHAP Folie 12 von 12

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