随着体系结构的不断发展和多任务嵌入式系统的开发,嵌入式处理器需要提供虚拟内存管理的支持,虚拟内存管理是通过内存管理单元硬件实现在系统运行时的地址转换和地址空间保护。嵌入式处理器和通用处理器在内存管理单元的性能评估方面是有很大差别的。首先,嵌入式处理器经常运用在实时系统中,硬件设计者比较关心系统在最差情况下的系统性能。另外,功耗问题也是设计高性能嵌入式处理器需要考虑的重要因素。 本文提出了一种设计CK·CORE内存管理单元的新的方法,CK·CORE是由杭州中天微系统有限公司和浙江大学合作开发的32位高性能嵌入式处理器。内存管理单元采用两级地址转换后备缓冲器结构,分别称为Micro TLB和Joint TLB。Micro TLB和一般的TLB相比,它的结构比较简单,而且它的地址转换逻辑经过了优化。由于地址转换过程很快,所以不需要在处理器流水线增加一级地址转换过程。为了降低未命中率和功耗,Joint TLB的48个全相联的表项被分为6组,采用了分步访问的策略,有限状态机在Micro TLB未命中时根据最近未使用算法替换Micro TLB的某一个表项。在Joint TLB未命中时,采用了软件管理的机制来负责TLB的填充,这样不但可以提高页表结构的灵活性,而且也降低了硬件的成本。 本文还介绍了内存管理单元的验证方法和验证流程,通过在验证的不同阶段使用静态测试和动态测试的手段,不但可以帮助设计者及时发现硬件设计的问题,而且也提高了测试代码的覆盖率,从而保证了设计的质量。