本文關(guān)鍵詞：面向移動(dòng)終端軟基帶算法并行實(shí)現(xiàn)的矢量處理器設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 軟基帶 矢量處理器 算法并行 單指令多數(shù)據(jù) 超長(zhǎng)指令字

【摘要】：當(dāng)前以LTE/LTE Advanced為代表的第4代移動(dòng)通信技術(shù)(4G)已開(kāi)始進(jìn)入商用階段,LTE-Advanced作為L(zhǎng)TE標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)除了提供更高的極限吞吐率外還需向前兼容已有的LTE標(biāo)準(zhǔn),呈現(xiàn)出如下兩個(gè)方面的特點(diǎn)：①基帶處理算法的運(yùn)算密度不斷加大；②協(xié)議模式多種多樣。這對(duì)于以功耗和面積為重要指標(biāo)的終端基帶處理芯片帶來(lái)了更高的設(shè)計(jì)要求,須在考慮終端芯片的性能、功耗的同時(shí)還要兼顧靈活性和升級(jí)成本因素。因此,軟件定義無(wú)線電的基帶處理(軟基帶)技術(shù)因其具有靈活性高、升級(jí)成本低等優(yōu)勢(shì),逐漸取代了傳統(tǒng)ASIC設(shè)計(jì)思路成為移動(dòng)終端芯片發(fā)展的趨勢(shì)。 本論文對(duì)采用正交頻分復(fù)用(OFDM)和多發(fā)多收(MIMO)方案的通信系統(tǒng)的基帶算法深入分析,核心算法包括FIR濾波、快速傅里葉變換(FFT)、信道估計(jì)、MIMO檢測(cè)和信道譯碼等,結(jié)果顯示這些算法在運(yùn)算量大的同時(shí)還具有很好的并行性,這為實(shí)現(xiàn)以矢量處理器為主導(dǎo)的軟基帶處理技術(shù)提供了可行性。為此,本論文面向移動(dòng)終端的基帶處理,從算法和硬件實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面綜合分析設(shè)計(jì)并行實(shí)現(xiàn)方案,并設(shè)計(jì)了矢量處理器模型。 論文的研究工作主要從算法分析、矢量處理器模型設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證三個(gè)方面展開(kāi)： ①算法分析：針對(duì)各基帶核心算法的原理、運(yùn)算量需求的特點(diǎn),研究了各算法的并行實(shí)現(xiàn)方案,如：FIR、FFT、Viterbi譯碼、LDPC譯碼算法采用算法內(nèi)部數(shù)據(jù)的并行,重點(diǎn)解決并行實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)訪問(wèn)對(duì)齊問(wèn)題；MIMO信道估計(jì)、檢測(cè)算法主要從任務(wù)并行的角度出發(fā),提出了一個(gè)一致性較好的軟輸出算法。 ②矢量處理器模型設(shè)計(jì)：分析了現(xiàn)有主流的通信基帶處理器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),包括SODA (Signal-processing On-demand Architecture)、Ardbeg、AnySP和TI的C64系列等；在此基礎(chǔ)上結(jié)合基帶算法并行化的特點(diǎn)和需求,提出了一種單指令多數(shù)據(jù)(SIMD)和超長(zhǎng)指令字(VLIW)混合結(jié)構(gòu)的矢量處理器模型。模型首先分析了處理器的設(shè)計(jì)參數(shù),包括支持的數(shù)據(jù)定點(diǎn)長(zhǎng)度、SIMD寬度、各個(gè)功能單元的比例；其次深入研究了處理器的硬件結(jié)構(gòu),包括算數(shù)邏輯運(yùn)算單元、乘法單元、存取單元、控制和標(biāo)量單元、寄存器組等；最后給出了指令集的設(shè)計(jì)和C編譯器設(shè)計(jì)的方法。 ③實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證：本論文提出的矢量處理器采用LISA語(yǔ)言進(jìn)行建模仿真,得到了時(shí)鐘精確的處理器仿真模型及匯編工具鏈,同時(shí)為處理器設(shè)計(jì)了相應(yīng)的C編譯器。進(jìn)而通過(guò)Processor Designer生成Verilog硬件描述語(yǔ)言,通過(guò)ISE綜合后,在ML605開(kāi)發(fā)板上做了硬件驗(yàn)證。以FFT、FIR算法為例,驗(yàn)證結(jié)果顯示,論文所提出的矢量處理器實(shí)現(xiàn)方案相較TI的C64系列處理器性能有一定提升。
【關(guān)鍵詞】：軟基帶 矢量處理器 算法并行 單指令多數(shù)據(jù) 超長(zhǎng)指令字
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TN929.5;TP332
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 研究背景12-14
• 1.2 研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)14-16
• 1.2.1 算法并行實(shí)現(xiàn)的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 軟基帶處理器的研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)15-16
• 1.3 研究?jī)?nèi)容16-17
• 1.3.1 通信基帶核心算法的并行化實(shí)現(xiàn)16-17
• 1.3.2 矢量處理器的設(shè)計(jì)17
• 1.3.3 兩個(gè)研究點(diǎn)的關(guān)系17
• 1.4 本文的組織結(jié)構(gòu)17-20
• 第2章 通信基帶核心算法分析20-30
• 2.1 FIR濾波算法20-21
• 2.2 FFT算法21-23
• 2.3 MIMO信道估計(jì)23-25
• 2.4 MIMO檢測(cè)25-27
• 2.5 Viterbi譯碼27-28
• 2.6 LDPC譯碼28-29
• 2.7 本章小結(jié)29-30
• 第3章 基帶核心算法的并行化實(shí)現(xiàn)30-50
• 3.1 FIR的并行方案30-31
• 3.2 FFT的并行方案31-35
• 3.2.1 蝶形運(yùn)算的并行化31-34
• 3.2.2 旋轉(zhuǎn)因子的存取方案34-35
• 3.3 MIMO檢測(cè)的并行方案35-43
• 3.3.1 搜索樹(shù)生成列表37-41
• 3.3.2 遍歷列表軟輸出41-43
• 3.4 Viterbi譯碼的并行方案43-45
• 3.4.1 分支度量的并行化43-44
• 3.4.2 蝶形加比選更新?tīng)顟B(tài)度量的并行化44-45
• 3.5 LDPC譯碼的并行方案45-49
• 3.5.1 變量節(jié)點(diǎn)的并行計(jì)算45-46
• 3.5.2 校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的并行計(jì)算46-49
• 3.6 本章小結(jié)49-50
• 第4章 矢量處理器的設(shè)計(jì)50-74
• 4.1 典型的基帶處理器50-53
• 4.1.1 SODA和Ardbeg處理器50-52
• 4.1.2 AnySP處理器52-53
• 4.1.3 TIC64系列處理器53
• 4.2 設(shè)計(jì)規(guī)劃53-60
• 4.2.1 數(shù)據(jù)定點(diǎn)長(zhǎng)度54-57
• 4.2.2 SIMD的寬度57
• 4.2.3 各功能單元的比例57-60
• 4.3 硬件結(jié)構(gòu)60-66
• 4.3.1 算數(shù)邏輯運(yùn)算單元(S1、S2)60-62
• 4.3.2 乘法功能單元(M1、M2)62
• 4.3.3 存取單元(D0、D1、D2)62-63
• 4.3.4 控制單元和標(biāo)量單元(S)63-66
• 4.3.5 寄存器組66
• 4.4 指令集設(shè)計(jì)66-70
• 4.4.1 控制類(lèi)指令67
• 4.4.2 標(biāo)量運(yùn)算類(lèi)指令67-68
• 4.4.3 矢量運(yùn)算類(lèi)指令68
• 4.4.4 存取類(lèi)指令68-69
• 4.4.5 指令編碼方式69-70
• 4.5 C編譯器設(shè)計(jì)70-72
• 4.6 本章小結(jié)72-74
• 第5章 實(shí)現(xiàn)和性能分析74-80
• 5.1 實(shí)現(xiàn)方法74-77
• 5.1.1 LISA語(yǔ)言簡(jiǎn)介74-75
• 5.1.2 Processor Designer軟件簡(jiǎn)介75-76
• 5.1.3 實(shí)現(xiàn)過(guò)程76-77
• 5.2 性能分析77-78
• 5.3 本章小結(jié)78-80
• 第6章 總結(jié)和展望80-82
• 6.1 工作總結(jié)80-81
• 6.2 工作展望81-82
• 參考文獻(xiàn)82-86
• 致謝86-88
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果88

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 黃雙渠;向波;鮑丹;陳峗;曾曉洋;;基于SIMD結(jié)構(gòu)的多標(biāo)準(zhǔn)LDPC譯碼器的VLSI實(shí)現(xiàn)[J];計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展;2010年07期

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本文編號(hào)：864818