【摘要】： 數(shù)字信號處理器具有高效率、低功耗和低成本的特點,已成為通信、消費類電子產(chǎn)品的核心部件。FT-C55LP是一款自主正向設計的高性能、低功耗16位定點可編程數(shù)字信號處理器芯片。本文在深入研究FT-C55LP體系結構的基礎上,詳細討論了FT-C55LP中程序流單元的性能要求和限定條件下的設計及其正確性驗證。 本文設計的FT-C55LP程序流單元主要由數(shù)據(jù)交換控制模塊、程序控制模塊和流水線控制模塊三部分組成。程序流單元的主要功能是完成程序地址產(chǎn)生,程序執(zhí)行路徑和狀態(tài)控制,程序中跳轉、條件、循環(huán)等控制類指令的執(zhí)行處理,中斷響應與處理,流水線的控制和沖突保護等。本文針對FT-C55LP的指令集特點和性能、功耗需求,在程序流單元中設計了專門的條件計算邏輯和循環(huán)控制邏輯,有效地提高了FT-C55LP中條件指令和循環(huán)指令的執(zhí)行效率。另外,程序流單元中FT-C55LP中斷系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)也有效提高FT-C55LP執(zhí)行數(shù)字信號處理算法的效率和拓展了其應用領域。 FT-C55LP內(nèi)部采用了12級的深度流水線,并具有自動的流水線沖突硬件保護機制。因此,流水線控制的設計與實現(xiàn)成為能否實現(xiàn)FT-C55LP性能和功耗要求的關鍵因素之一。在程序流單元的設計與實現(xiàn)的過程中,本文針對FT-C55LP的流水線特別是其中的硬件自動保護機制進行了深入的研究與分析。在流水線的硬件自動保護機制的設計中,分析比較了現(xiàn)有的幾種通用流水線保護機制的優(yōu)缺點,針對FT-C55LP的流水線特點和性能、功耗需求提出了一種有效的基于資源分段訪問的流水線保護機制并建立了統(tǒng)一的分析模型。模型表明,這種流水線保護機制有效提高了FT-C55LP的性能,降低了其硬件復雜度。 本文最后對所設計的程序流單元進行了模塊級的功能驗證。在底層模塊的驗證過程中,本文采用了EDA軟件自動進行的代碼覆蓋率統(tǒng)計的驗證策略;在頂層模塊的驗證過程中,本文采用了EDA軟件自動進行代碼覆蓋率統(tǒng)計和進行用戶自定義功能點的功能覆蓋率統(tǒng)計相結合的驗證策略。驗證結果表明程序流單元的設計完全符合FT-C55LP的設計要求,功能完全正確。
【圖文】：

圖 1.1 門控時鐘電路門控時鐘電路中，時鐘信號（CLK）不再直接加到寄存器的輸入端，而是由數(shù)據(jù)輸入的使能信號（Enable）控制是否加到寄存器的時鐘輸入端口。當使能信號（Enable）無效時，時鐘信號（CLK）不會送到寄存器的時鐘信號端，這樣就減少了寄存器的內(nèi)部節(jié)點的電平翻轉，降低了動態(tài)功耗�！魯�(shù)據(jù)分離技術FT-C55LP 芯片為了并行性的需要，CPU 內(nèi)部有兩個處于相同地位的乘累加（MAC）單元以及兩個數(shù)據(jù)寬度不一樣的算術邏輯單元（ALU）。但是，這些執(zhí)行運算單元不會所有時候都在流水線中參加運算，然而這些執(zhí)行單元的數(shù)據(jù)輸入都來自同樣的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線。如果在某一時刻只需使用一個MAC單元或一個 ALU單元時，雖然其它運算單元的輸出結果對程序來說都是無效的，但是由于它們的輸入數(shù)據(jù)信號發(fā)生了翻轉，所以它們單元內(nèi)部的信號也會發(fā)生翻轉，即它們也參加了運算，產(chǎn)生了不必要的動態(tài)功耗消耗。因此，我們對 FT-C55LP 采用了數(shù)據(jù)分離技術，優(yōu)化其內(nèi)部的數(shù)據(jù)通路結構，如圖 1.2 所示。

圖 1.1 門控時鐘電路門控時鐘電路中，時鐘信號（CLK）不再直接加到寄存器的輸入端，而是由數(shù)據(jù)輸入的使能信號（Enable）控制是否加到寄存器的時鐘輸入端口。當使能信號（Enable）無效時，時鐘信號（CLK）不會送到寄存器的時鐘信號端，這樣就減少了寄存器的內(nèi)部節(jié)點的電平翻轉，降低了動態(tài)功耗。◆數(shù)據(jù)分離技術FT-C55LP 芯片為了并行性的需要，CPU 內(nèi)部有兩個處于相同地位的乘累加（MAC）單元以及兩個數(shù)據(jù)寬度不一樣的算術邏輯單元（ALU）。但是，這些執(zhí)行運算單元不會所有時候都在流水線中參加運算，然而這些執(zhí)行單元的數(shù)據(jù)輸入都來自同樣的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線。如果在某一時刻只需使用一個MAC單元或一個 ALU單元時，雖然其它運算單元的輸出結果對程序來說都是無效的，但是由于它們的輸入數(shù)據(jù)信號發(fā)生了翻轉，所以它們單元內(nèi)部的信號也會發(fā)生翻轉，，即它們也參加了運算，產(chǎn)生了不必要的動態(tài)功耗消耗。因此，我們對 FT-C55LP 采用了數(shù)據(jù)分離技術，優(yōu)化其內(nèi)部的數(shù)據(jù)通路結構，如圖 1.2 所示。
【學位授予單位】：國防科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TP332.3

【參考文獻】

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本文編號：2675582