多核多处理器技术的诞生使得处理器在更短的时间周期内执行更多的任务,极大地提高了处理器的性能,而Cache一致性是实现多核多处理器的关键技术。Cache一致性决定着处理器的正确性和性能,在国内外受到企业和研究所的广泛关注。缓存一致性协议——MESIF协议最早由Intel研究院提出。一致性协议在硬件上根据监听请求的发出者不同,将实现方式分为源方监听和目录监听。根据回写主存的策略的不同可以分为写穿透和回写。根据写数据更新其他处理器Cache的方式,协议可以分为写更新和写置无效。本文对上述几种方式进行了分析和对比。本文分析了某国产服务器处理器对MESIF协议的实现方式,对处理器中一致性处理模块(CPM,Coherent Processing Module)进行了验证。使用SystemVerilog语言搭建了源方监听协议的四路处理器直连模型,对CPM进行各种场景的测试,查找设计瓶颈,提出优化方案,优化芯片性能。仿真结果表明优先级轮转的设计方式提高了处理器处理冲突事务的公平性;通过增加流水线的方式有效提高了事务的吞吐率;通过扩大接收数据缓冲的容量,避免了协议死锁的发生。本文的具体工作和优化点体现在:(1)分析了MESIF协议的主流实现方式,分析对比了源方监听和目录监听两种实现方式的差别和适用场景,写更新和写无效两种方式的优缺点,写穿透和回写策略的优缺点。(2)研究了某国产服务器处理器对MESIF协议的实现,围绕该处理器中一致性处理模块CPM,搭建模拟验证环境。模拟了四路处理器直连下的一致性协议的实现场景。(3)提出了CPM的验证需求,使用PSL语言描述了CPM中一致性流程的实现序列。搭建不同场景对CPM进行焦点验证,以功能覆盖率和代码覆盖率为指标,最终实现覆盖率的双百。(4)通过修改验证环境,构建特殊的场景对CPM进行性能测试,查询设计瓶颈,提出优化方案,优化芯片性能。通过分化引擎的方式,提高了一致性事务的吞吐率;通过改变同地址事务的处理机制,优化了不同处理器对同地址事务处理的公平性;复现设计中的错误场景,通过增加防死锁的机制,保证了设计的正确性。本文所运用的研究方法对今后多路直连分布式存储访问架构处理器的实现具有很好的参考和应用价值。