發(fā)布時(shí)間：2017-05-10 01:13

  本文關(guān)鍵詞：高效的片上Flash加速控制器軟硬件設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著智能家居、可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)等概念的興起,微控制器芯片(MCU)的應(yīng)用市場越來越廣闊。與此同時(shí)片上Flash逐漸取代早期的ROM,成為MCU芯片中最重要的指令存儲器。但是相對于處理器來說,片上Flas h屬于慢速的存儲設(shè)備,制約著MCU芯片的整體性能。因此,研究如何提高片上Flash的讀取速度有著重要意義。本文設(shè)計(jì)了一款高效的片上Flash加速控制器,通過軟硬件技術(shù)來提高Flash的讀取速度。文中首先介紹了實(shí)現(xiàn)Flash基本功能的控制器硬件設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中充分考慮低功耗和可測試性的設(shè)計(jì)思想,并通過優(yōu)化接口信號,實(shí)現(xiàn)低頻模式下Flash的單周期連續(xù)訪問。其次,文中提出基于預(yù)取和緩存原理的加速模塊設(shè)計(jì),整合并優(yōu)化出預(yù)取緩存與高速緩存兩種加速方案來提升Flash讀取速度。其中預(yù)取緩存方案采用位寬擴(kuò)展和預(yù)取技術(shù)加速順序指令的讀取,并采用分支緩存技術(shù),降低由非順序指令造成的預(yù)取缺失代價(jià)。而高速緩存方案采用路預(yù)測和緩存鎖定技術(shù),減少不必要的緩存訪問和替換,在提高讀取速度的同時(shí),降低系統(tǒng)功耗。再次,為了進(jìn)一步提升Flash讀取速度,本文從軟件方面也提出相應(yīng)的優(yōu)化方法。針對緩存鎖定技術(shù),本文提出一套公式和流程來確定鎖定區(qū)域。針對兩種加速方案的選擇,本文提出一套切換機(jī)制,使得兩者在程序中既可以靜態(tài)配置,也可以動態(tài)自適應(yīng)切換。最后,本文通過一款SoC芯片的設(shè)計(jì)實(shí)例,進(jìn)一步驗(yàn)證了文中提出的片上Flash力口速控制器的可行性和實(shí)用性。
【關(guān)鍵詞】：片上Flash加速控制器 預(yù)取緩存 高速緩存 自適應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP332
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 1 緒論12-16
• 1.1 課題研究背景12-13
• 1.1.1 片上Flash12
• 1.1.2 片上Flash控制器12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 主要研究內(nèi)容14-15
• 1.4 本文章節(jié)安排15-16
• 2 Flash存儲器與SoC設(shè)計(jì)方法16-26
• 2.1 Flash的發(fā)展與原理16-17
• 2.1.1 Flash的發(fā)展16
• 2.1.2 Flash的工作原理與分類16-17
• 2.2 片上Flash時(shí)序介紹17-21
• 2.3 SoC設(shè)計(jì)方法21-25
• 2.3.1 IP設(shè)計(jì)流程22-23
• 2.3.2 片上總線協(xié)議23-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 3 片上Flash加速控制器26-37
• 3.1 控制器架構(gòu)26-27
• 3.2 Flash擦寫模塊27-29
• 3.3 Flash控制邏輯模塊29-33
• 3.3.1 Flash讀取相關(guān)的狀態(tài)機(jī)29-30
• 3.3.2 Flash擦寫相關(guān)的狀態(tài)機(jī)30-31
• 3.3.3 低頻下的快讀技術(shù)31-33
• 3.4 可測試性考慮33-34
• 3.5 低功耗考慮34-36
• 3.6 本章小結(jié)36-37
• 4 加速模塊硬件設(shè)計(jì)37-49
• 4.1 加速模塊整體方案架構(gòu)37-38
• 4.2 高速緩存方案38-42
• 4.2.1 緩存原理38
• 4.2.2 緩存硬件優(yōu)化技術(shù)38-41
• 4.2.3 高速緩存硬件實(shí)現(xiàn)41-42
• 4.3 預(yù)取緩存方案42-48
• 4.3.1 位寬擴(kuò)展技術(shù)43
• 4.3.2 預(yù)取技術(shù)43-45
• 4.3.3 分支緩存技術(shù)45-47
• 4.3.4 預(yù)取緩存硬件實(shí)現(xiàn)47-48
• 4.4 本章小結(jié)48-49
• 5 加速方案軟件優(yōu)化49-55
• 5.1 緩存鎖定區(qū)域的確定流程49-51
• 5.2 加速方案的切換機(jī)制51-54
• 5.2.1 靜態(tài)切換51-52
• 5.2.2 自適應(yīng)動態(tài)切換52-54
• 5.3 本章小結(jié)54-55
• 6 驗(yàn)證平臺與實(shí)驗(yàn)結(jié)果55-66
• 6.1 驗(yàn)證平臺與環(huán)境55-56
• 6.2 基本功能驗(yàn)證56-58
• 6.3 讀取性能分析58-62
• 6.3.1 基本讀取以及低頻快讀技術(shù)性能分析59
• 6.3.2 高頻加速性能結(jié)果分析59-62
• 6.4 綜合結(jié)果及分析62-65
• 6.4.1 功耗測試結(jié)果62-65
• 6.4.2 面積測試結(jié)果65
• 6.5 本章小結(jié)65-66
• 7 片上Flash加速控制器的SoC實(shí)例66-74
• 7.1 系統(tǒng)架構(gòu)66
• 7.2 模塊說明66-67
• 7.3 存儲地址空間分配67-68
• 7.4 功耗管理單元68-69
• 7.5 片上Flash控制器的寄存器描述及操作流程69-72
• 7.5.1 控制器的寄存器描述69-70
• 7.5.2 控制器的操作流程70-72
• 7.6 物理版圖實(shí)現(xiàn)72-73
• 7.7 本章小結(jié)73-74
• 8 總結(jié)與展望74-76
• 參考文獻(xiàn)76-79
• 作者簡歷及在學(xué)期間所取得的科研成果79

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