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在片上多核系统中,多核处理器与片外存储器间数据交互频繁。片上网络(NoC)通讯技术为片内多核并行计算和访存提供了条件,多核系统迫切需要支持多个访存任务并行操作的高效的存储系统结构。目标多核系统使用层次化的存储系统,以局部缓解片上计算与片上访存之间的差异。本文结合并行访存技术与数据预取技术对目标系统存储结构进行优化,借鉴时间片轮转调度算法,利用存储器接口两侧带宽差,实现了访存任务在SDRAM侧分时独享、用户侧并行操作的目标。在上述研究的基础上,本文设计实现了一种支持多通道随机分配的并行访存存储器接口(Random Distribution Multi-Access Memory Interface, RMAMI),并利用片上存储器完成数据预读取操作,充分利用片外存储器带宽,发挥NoC的并行性,提高了目标系统性能。论文的主要工作如下：1.对RMAMI设计原理进行分析,提出了RMAMI设计方案,讨论设计中各种工作机制,如各仲裁机制选取、时间间隙切换机制、数据通道随机分配机制、基于进程的数据预取机制等。2.根据设计方案对RMAMI进行硬件原型设计,实现了读写通道数目按需分配,数据端口择优分配的目标。使用片上存储器作为数据缓冲区,利用空闲数据通道完成数据预取操作,缓解了数据断流问题,进一步提高了片外存储器带宽利用率。3.将RMAMI集成到目标多核系统中,替换原系统中的MAMI存储器接口,映射具有不同访存计算比的任务,讨论了RMAMI设计对数据传输并行度及任务性能的影响。硬件实验结果表明,RMAMI接口和MAMI接口相比,对于大访存计算比类型的任务,性能平均提升21.1%；对于小访存计算比类型的任务,性能平均提升3.0%;对于仅执行数据访存操作的矩阵转置任务,性能平均提升9.7%。综上,本文设计的支持预读取的RMAMI存储器接口能够有效地提高数据传输的并行度,提升系统性能,完全实现了预期设计目标。