随着多核处理器与存储器的性能差距越来越大,“存储墙”的问题越来越严重。本文针对的既有目标多核系统是与主存SDRAM直接进行数据交互,由于主存SDRAM能够提供给用户的访存带宽有限,并且响应访存任务的速度比较慢,因而,本文设计了一种层次化二级共享存储结构,同时支持14路数据通道并行随机访存,并采用SRAM作为缓存介质,解决了系统访存带宽有限以及响应访存任务速度慢的问题。论文的主要工作如下:1.本文根据目标多核系统提出的多任务并行访存需求,设计了多地址通道的管理机制。该地址通道包含丰富的访存模式以及灵活多变的数据组织形式,使得系统的并行访存效率大大提高,进而提高系统性能。2.通过对目标多核系统的分析,本文设计了一种与目标多核系统相适应的层次化二级共享存储结构。该结构采用组相联的地址映射方式,并采用计数替换的缓存替换策略,同时在系统的运算间隙,充分利用片外存储器带宽进行数据的预读取以及缓存的数据同步操作,以提高缓存结构的命中率,增加系统的访存侧带宽,提高目标多核系统性能。3.本文根据设计层次化二级共享存储结构所遇到存储资源消耗大并且利用率低的实际问题,设计了一种多通道FIFO,在不影响层次化存储性能的基础上,节省了大量的存储资源,并极大地提高了存储资源的利用率。4.本文将层次化二级共享存储器集成到目标系统上,通过向系统中加载计算访存比不同的任务,测试层次化二级共享存储器对系统性能的提升力度。实验结果表明,与既有存储簇相比,共享缓存结构对于运算需求为零的矩阵转置等任务,性能平均提升为0.5%;对于计算访存比小于1的复数加等任务,性能平均提升29.3%;对于计算访存比大于1的快速傅里叶变换等任务,性能平均提升20.6%。综上,论文设计的共享缓存结构可以有效提升数据传输时的并行度,提高系统性能,达到预期目标。