一种基于RISC及DSP双内核集成芯片系统的研究

论文摘要

随着集成电路技术的不断发展,集成芯片系统(SoC)由于具有体积小、工作速度快、功耗低、制作成本低和便于IP核的复用等优点,已经成为集成电路设计的热点之一。一些集成电路设计公司都相继研制出具有自主知识产权的SoC芯片。而在SoC设计中,处理器设计占有相当大的比重。处理器的SoC技术能够明显提高整个系统的工作效率,可以提供很好的成本效益,因而具有广阔的市场前景。 本文主要面向工业控制和低端信号处理领域,研究RISC微处理器和DSP双内核集成芯片系统的设计方法。其中作为主处理器的微处理器采用的是ARM简化后的体系结构;而DSP则采用一种简化的基于C54的体系结构。处理器之间的通信由DSP的主机接口实现。系统的验证和综合主要采用硬件描述语言对系统进行行为描述。 本文内容安排如下: 第一章绪论简述SoC技术背景和SoC处理器发展情况,然后概括介绍本文的主要工作。 第二章讨论现有几种主要的SoC处理器的体系结构,并对它们的优缺点进行分析。文中重点研究了一种基于RISC微处理器及DSP双内核集成芯片系统方案,介绍了方案中各主要部分的总体架构,并详细分析了处理器之间的通信方式。 第三章对SoC设计方法进行了探讨,论证了用硬件描述语言对系统进行验证与综合的优越性,并介绍了本文在集成芯片系统方案的验证中使用的方法。 后两章对主处理器和DSP进行分析验证与综合,是本文的核心部分。其中,第四章在分析主处理器体系结构的基础上对其子模块进行验证和综合。第五章分析了DSP的架构,并对算术逻辑单元和乘/累加器进行了验证与综合,然后在乘/累加器性能比较的基础上证明了本方案中DSP的优越性。这里,着重双内核SoC设计方法的研究以及系统子模块的性能分析,是论文的创新之处。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• TABLE OF CONTENTS
• 第一章 绪论
• 1.1 SoC背景
• 1.2 SoC处理器发展
• 1.2.1 SoC处理器发展情况
• 1.2.2 SoC处理器国内外动态
• 1.3 本课题的定位根据
• 1.4 本论文的主要工作
• 第二章 SoC处理器体系结构的研究
• 2.1 SoC处理器体系结构特点
• 2.1.1 超标量和超长指令字结构
• 2.1.2 单指令多数据流结构
• 2.1.3 多指令多数据流结构
• 2.1.4 带DSP协处理器结构和增强DSP功能的通用微处理器结构
• 2.2 应用于工业控制和低端信号处理的SoC
• 2.2.1 微处理器集成DSP方案
• 2.2.2 处理器总体架构
• 2.2.3 主处理器与DSP之间的通信
• 2.3 本章小结
• 第三章 SoC设计方法
• 3.1 验证方法与开发工具的选择
• 3.1.1 系统验证与综合方法分析
• 3.1.2 开发工具选择及设计流程
• 3.2 SoC设计与验证
• 3.2.1 SoC设计流程
• 3.2.2 SoC验证方式
• 3.3 本章小结
• 第四章 主处理器的分析、验证与综合
• 4.1 主处理器分析
• 4.1.1 主处理器选择依据
• 4.1.2 主处理器架构分析
• 4.2 主处理器功能验证与逻辑综合
• 4.2.1 运算器模块
• 4.2.2 存储器模块
• 4.2.3 控制器模块
• 4.2.4 串行接口SIU验证与综合
• 4.2.5 主处理器顶层综合
• 4.3 本章小结
• 第五章 DSP的分析、验证与综合
• 5.1 DSP体系结构分析
• 5.2 DSP数据通路与流水线设计
• 5.2.1 系统数据通路
• 5.2.2 指令节拍控制实现
• 5.2.3 指令读取
• 5.3 DSP数据处理单元验证与综合
• 5.3.1 算术逻辑单元ALU
• 5.3.2 乘／累加器MAC
• 5.4 乘／累加器性能比较
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 独创性声明
• 致谢