基于SystemC的多核模型总线及通信模块设计

论文摘要

为了应对日益复杂的应用,处理器芯片的设计现在已经基本达成一个共识:将来一个芯片内会集成多个甚至成百上千个处理器。同时随着系统芯片(SoC)技术的发展,芯片的复杂性日益增加,如何在设计之初,准确的从整体上把握系统架构,并对其性能、功耗进行评估,成为SoC设计中重大挑战之一。本文从如何快速准确的建立异构多核体系高层模型,并对其架构进行评估、优化入手,提出建立系统总线的高层次抽象模型,最终实现整个系统的抽象模型,从而在设计之初准确地把握系统架构。考虑到SystemC是系统级设计的统一硬件建模语言,支持从概念到实现的无缝设计流程,并且能够在早期进行软硬件的协同验证。使用基于SystemC的事务级设计方法可以提高设计的抽象层次,降低设计复杂度,提高仿真速度,同时基于SystemC的验证平台可以重复利用为硬件实现模块设计的验证平台。因此,为了提高设计验证的效率,本文运用SystemC建立异构多核处理器的事务级参考模型,并进行功能验证。本文以当今热门的异构多核体系作为SystemC的建模对象,探讨了多核处理器通信原理,并且对基于Shared Memory总线模块及其接口设计进行了深入的研究。平台搭建完成之后,对SystemC建立的系统模型进行仿真验证,同时还把JPEG解压程序进行任务划分移植到双核系统上去。仿真结果表明系统模型搭建正确,并且体现了SystemC事务级建模在体系结构设计以及验证方面的优势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 图索引
• 表索引
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 主要工作
• 1.3 本文的组织结构
• 2 多核体系结构及其核间通信的研究概述
• 2.1 同构多核与异构多核研究现状
• 2.2 多核处理器设计关键
• 2.3 多核处理器中的通信
• 2.4 现存通信架构的不足
• 3 System C 及软硬件协同设计方法
• 3.1.1 System C 简介
• 3.1.2 System C 的设计优势及不足
• 3.2 SystemC 事务级建模
• 3.2.1 事务级建模介绍
• 3.2.2 System C 事务级建模
• 4 基于SystemC 的多核体系模块设计
• 4.1 模型总体框架
• 4.2 处理器模块
• 4.2.1 SimpleScalar 简介
• 4.2.2 ISS 与SystemC 的集成
• 4.2.3 处理器模块实例
• 4.3 总线模块
• 4.3.1 交易级总线模型架构
• 4.3.2 总线主设备接口
• 4.3.3 总线从设备接口
• 4.3.4 总线通道建模
• 4.4 仲裁器模块
• 4.5 存储模块
• 5 基于异构多核的通信模块设计
• 5.1 核间通信机制比较
• 5.2 设计原则
• 5.3 通信控制模块设计
• 5.3.1 共享存储区访问指令
• 5.3.2 通讯控制模块描述
• 5.3.3 基于通信的同步实现
• 5.3.4 信箱模块
• 6 应用实例
• 6.1 通信控制模块测试
• 6.2 任务划分的方法
• 6.3 Dijkstra 算法
• 6.3.1 Dijkstra 算法介绍及实现过程
• 6.3.2 Dijkstra 算法在多核处理器上的任务划分
• 6.4 JPEG 解压缩算法
• 6.4.1 JPEG 及其解压缩算法原理介绍
• 6.4.2 JPEG 解码算法在多核处理器上的任务划分
• 7 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文