多端口共享存储器设计及其FPGA实现

论文摘要

随着科学技术的发展，人类对高性能并行计算的需求越来越广，而并行处理的瓶颈在于处理单元之间通信模块的设计。利用紧耦合结构，能够有效地解决制约这一瓶颈的因素。在这种结构中，多端口共享存储器作为核心构成部分，其研究和设计就具有重要的意义。本文首先研究了传统的多端口存储器设计方法和实现方式，在这一基础上，针对实际需求，提出一种多端口共享存储器设计新方法，其核心是将传统方法中的分块和复制技术有机结合，同时该结构还加入了快速读出的缓存单元能够实现快速读出上次写入的数据。本文提出的多端口共享存储器是一种局部写入，全局读出的存储器结构。这种结构非常适合多个处理单元进行数据交换和共享，并且实验表明，在一定范围内随着存储器深度的增加，硬件电路使用的资源基本不变。另外，这种结构具有模块化清晰，可扩展性强的特点，尤其适合在FPGA中使用块存储器实现。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 多端口共享存储器研究现状
• 1.3 研究内容和章节安排
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 章节安排
• 第二章 基于 SRAM 技术的 FPGA 的基本结构
• 2.1 FPGA 简介
• 2.1.1 什么是 FPGA
• 2.1.2 FPGA 的设计
• 2.1.3 FPGA 的用途
• 2.2 基于 SRAM 技术的 FPGA 的结构
• 2.2.1 可编程连线资源
• 2.2.2 输入/输出单元（IOB）
• 2.2.3 可配置逻辑单元（CLB）
• 2.2.4 数字延迟锁相环（DLL）
• 2.2.5 存储器：分布式 RAM 和块状 RAM
• 2.3 本章小结
• 第三章 多端口存储器的传统设计方法
• 3.1 多端口存储器设计概述
• 3.2 多端口存储器设计的传统方法
• 3.2.1 利用可编程逻辑单元进行设计
• 3.2.2 利用 FPGA 中提供的块存储器进行设计
• 3.3 传统方法实现的多端口存储器
• 3.3.1 Xilinx FPGA 的存储器资源
• 3.3.2 传统方案的 Slice 实现
• 3.3.3 Xilinx FPGA 的 Block RAM 操作模式
• 3.3.4 传统方法的 Block RAM 实现
• 3.4 本章小结
• 第四章 多端口共享存储器设计的新方法
• 4.1 利用复制和分块技术实现多端口共享存储器
• 4.1.1 复制分块实现多端口共享存储器的原理
• 4.1.2 电路实现及仿真结果
• 4.1.3 资源使用及速度
• 4.1.4 新方法特点
• 4.2 新方法的速度及资源分析
• 4.2.1 资源使用及速度比较方案
• 4.2.2 资源使用及速度详细比较
• 4.3 新方法与传统方法的比较
• 4.4 本章小结
• 第五章 工作总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录