本文關(guān)鍵詞：八位處理器的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：CPU作為SOC芯片的最關(guān)鍵最核心的模塊在SOC體系結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著決定性的作用。目前關(guān)于CPU的研究都在向著低功耗多核心和高位寬方向發(fā)展,但是對(duì)于低位寬微型控制核心CPU與復(fù)雜芯片中協(xié)處理器的低功耗與高速的研究卻相對(duì)缺乏。在工程中,由于協(xié)處理器運(yùn)算能力低下造成芯片性能無(wú)法達(dá)到預(yù)期的現(xiàn)象十分普遍。同時(shí)作為IC前端開(kāi)發(fā)的另一個(gè)重要環(huán)節(jié),驗(yàn)證對(duì)芯片流片成功率有著重要影響,而且在大規(guī)模芯片前端開(kāi)發(fā)中,驗(yàn)證流程消耗時(shí)間占到全芯片開(kāi)發(fā)流程時(shí)間的70%。綜上所述,本文旨在提出一款高速低功耗八位CPU來(lái)滿足工程中對(duì)協(xié)處理器和微型控制器的性能需求,本文提出的CPU設(shè)計(jì)方法摒棄了傳統(tǒng)的同步設(shè)計(jì)技術(shù),對(duì)核心組件ALU采用了異步設(shè)計(jì)。異步設(shè)計(jì)由于其架構(gòu)特點(diǎn)具有很好的功耗控制能力,而且因?yàn)椴皇艿綍r(shí)鐘限制所以不存在關(guān)鍵路徑問(wèn)題,這一特性保證了異步設(shè)計(jì)的高速性。同時(shí)針對(duì)此款CPU,本文提出一種針對(duì)SOC技術(shù)的系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證平臺(tái)。此驗(yàn)證平臺(tái)采用基于UVM的VIP(驗(yàn)證產(chǎn)權(quán)核)復(fù)用技術(shù)。UVM驗(yàn)證方法學(xué)是目前業(yè)界最新的驗(yàn)證方法它具有高效性和可復(fù)用性等優(yōu)點(diǎn)。相比傳統(tǒng)驗(yàn)證平臺(tái)本平臺(tái)不但繼承了UVM驗(yàn)證方法學(xué)的優(yōu)點(diǎn),而且因?yàn)閂IP(驗(yàn)證產(chǎn)權(quán)核)對(duì)SOC設(shè)計(jì)中的IP具有針對(duì)性和封裝性,所以同時(shí)本驗(yàn)證平臺(tái)具有良好的復(fù)用性和針對(duì)性。本文對(duì)所設(shè)計(jì)ALU進(jìn)行了測(cè)試,針對(duì)本文提出的“A+B”指令組合進(jìn)行了窮舉驗(yàn)證,結(jié)果表明對(duì)于所有“A+B”指令組合本CPU的處理延遲時(shí)間均比原有同步邏輯設(shè)計(jì)的CPU要小,這一結(jié)果也在流片后的測(cè)試中進(jìn)行了印證,在EDA工具PTPX的仿真中ALU的功效(DMIPS/mw)由原有型號(hào)的0.73提高到1.82。在驗(yàn)證環(huán)節(jié),本文提出的系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證平臺(tái)將代碼覆蓋率從原有平臺(tái)的94.5%提升到99%,功能覆蓋率從96.3%提升到100%。本文提出的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和驗(yàn)證平臺(tái)均得到實(shí)驗(yàn)和測(cè)試的驗(yàn)證,前期所提出的需求也得到了滿足。但是由于異步設(shè)計(jì)的復(fù)雜性帶來(lái)的不利于驗(yàn)證,開(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)也是需要在下一步研究中改進(jìn)的地方。采用了本CPU為控制核心的八位MCU芯片已經(jīng)在TSMC 180nm工藝流片成功,通過(guò)功能測(cè)試已經(jīng)在部分產(chǎn)品中量產(chǎn)。
【關(guān)鍵詞】：CPU 異步電路 低功耗 流水線 UVM
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP332

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本文編號(hào)：255983