本文關(guān)鍵詞：M-DSP標(biāo)量訪存控制器的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

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【摘要】：應(yīng)用需求的快速增長(zhǎng),對(duì)DSP的性能要求不斷提高,促使DSP不斷使用新的體系結(jié)構(gòu)并向著多核發(fā)展。隨著制造工藝和IC設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷提高,集成電路芯片的集成度一直按照摩爾定律發(fā)展,但中央處理器與存儲(chǔ)器性能的差距形成的“存儲(chǔ)墻”問(wèn)題成為限制微處理器性能進(jìn)一步提升的瓶頸,在多核結(jié)構(gòu)中尤為嚴(yán)重。如何在多核DSP中緩解“存儲(chǔ)墻”問(wèn)題,并高效維護(hù)數(shù)據(jù)的一致性是設(shè)計(jì)人員面臨的重大挑戰(zhàn)。M-DSP是課題組自主研發(fā)的一款32位高性能多核DSP,每個(gè)DSP內(nèi)核采用了支持標(biāo)量和向量并行執(zhí)行的VLIW結(jié)構(gòu),在同一周期支持11條指令的并行發(fā)射,具有較高的指令級(jí)、數(shù)據(jù)級(jí)并行性和峰值性能。本文基于M-DSP的多核結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)需求,設(shè)計(jì)了其DSP內(nèi)核的標(biāo)量訪存控制器(Scalar Memory Access Controller,SMAC),實(shí)現(xiàn)了包括一級(jí)數(shù)據(jù)Cache(L1Dcache)在內(nèi)的標(biāo)量訪存流水線,同時(shí)以較低的硬件開(kāi)銷(xiāo)實(shí)現(xiàn)了可編程的標(biāo)量數(shù)據(jù)Cache一致性維護(hù)機(jī)制。本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:第一,設(shè)計(jì)了一套支持半字(16bit)、字(32bit)、雙字(64bit)、四字(128bit)四種訪存粒度、多種尋址方式的標(biāo)量訪存指令集及編碼。第二,設(shè)計(jì)了可分別訪問(wèn)共享數(shù)據(jù)空間和私有/共享配置空間的標(biāo)量數(shù)據(jù)訪存流水線,實(shí)現(xiàn)了訪存指令的譯碼、地址計(jì)算、訪存和數(shù)據(jù)選擇與返回等功能。第三,支持可配置的Cacheable/Un-cacheable訪問(wèn)屬性,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了64KB容量的L1DCache。第四,支持程序員可編程的L1DCache數(shù)據(jù)寫(xiě)回、作廢的操作。設(shè)計(jì)了L1DCache寫(xiě)回、作廢控制寄存器,并實(shí)現(xiàn)了全流水的寫(xiě)回、作廢功能。第五,支持標(biāo)量訪存指令對(duì)M-DSP核內(nèi)私有配置空間和共享同步單元在內(nèi)的共享配置空間的訪問(wèn)。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了配置訪問(wèn)流水線和共享同步單元,為基于程序員可編程的多核數(shù)據(jù)一致性維護(hù)方法提供了低開(kāi)銷(xiāo)的硬件支持。第六,對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了全面的多層次功能驗(yàn)證。利用System Verilog搭建模塊級(jí)驗(yàn)證平臺(tái),采用斷言、帶約束的隨機(jī)激勵(lì)等方法實(shí)現(xiàn)了覆蓋率驅(qū)動(dòng)的功能驗(yàn)證;針對(duì)單核系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證平臺(tái)需求,編寫(xiě)單核外圍存儲(chǔ)模型;使用匯編激勵(lì)進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明,設(shè)計(jì)功能正確,代碼覆蓋率接近100%。最后,在某廠家40nm工藝、1.5GHz主頻設(shè)計(jì)約束下,對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行邏輯綜合、時(shí)序優(yōu)化和結(jié)果分析,時(shí)序滿足設(shè)計(jì)要求。
【學(xué)位授予單位】：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TP332

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

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本文編號(hào)：1228403