スタンダードセルベース設計用のCAM型TLBの実装手法の提案

摘要

近年組み込みプロセッサは高性能化しており，OSを動作させ様々な処理を行うことが増えている．一般的なOSの多くは動作にメモリ管理機構（Memory Management Unit：MMU）や割り込み処理機構を必要としている．MMUには通常，アドレス変換の高速化のためにTLB（Translation Lookaside Buffer）を内蔵している．TLBの実現方法には，仮想アドレスをキーとして検索するCAM（Content-addressable memory）方式と，仮想アドレスをインデックスとして検索するRAM方式があり，プロセッサ毎に採用している方式が異なる．ARMプロセッサでは，RAM方式を採用しているが，MIPSをはじめとする幾つかのアーキテクチャは，MMU内のTLBをCAMで構成することを前提としている．一般にスタンダードセルベースのLSI設計やFPGAでの実装においてCAMを利用することは，面積が非常に大きくなってしまことから非現実的である．しかしながら，MIPS等のCAMベースのプロセッサのTLBをRAMで実装するとTLBへのアクセス方法が変わるため，既存のOS等が動作しなくなるという問題が発生する．そこで本研究ではこれらの問題を解決するために，RAMベースのiLBでありながら，既存のCAMベースのTLBを前提として設計されたコードを動作させることのできるTLBの実装手法を提案する．本論文では，提案手法をMIPSライクな命令セットを持つスーパースカラプロセッサに組込み，既存のMIPS用コードがそのまま動作することを示す．