基于PMON的龙芯2E处理器BIOS优化设计

论文摘要

龙芯2E处理器是中国科学院计算技术研究所于2006年研制成功,具有自主知识产权的64位高性能通用RISC处理器。BIOS虽然体积很小,但是它负责开机自检,板级初始化,以及加载操作系统内核的重要功能。龙芯2E BIOS采用开源软件PMON为原型,进行优化、移植和完善得之。虽然PMON本身是一款基于MIPS体系结构的嵌入式类BIOS,但是龙芯BIOS并不等同于PMON,因为龙芯处理器与MIPS CPU不尽相同,并且PMON本身功能非常有限,它支持的硬件种类较少,并且陈旧。因此,非常有必要扩展增强PMON的现有功能,并对它的初始化流程进行优化,使其不仅支持更多的硬件,而且达到快速对硬件设备进行初始化的目的。同时,因为PMON本身是基于MIPG体系结构的,所以,它并不能直接初始化市场上的显卡。因为,市场上的显卡多是X86显卡,它的BIOS存放的是X86二进制代码。所以,PMON通过采用VGA BIOS模拟器,用软件模拟执行X86指令来初始化X86显卡。此外,原来的VGABIOS模拟器能成功初始化的显卡也非常有限,并且很陈旧。因此,也非常有必要移植VGABIOS模拟器,使其支持市面上更多的显卡种类。本文基于现有PMON的诸多不足,提出了一种优化BIOS初始化流程和移植VGA BIOS模拟器的方案。通过对BIOS初始化流程进行优化,大大加快了龙芯2E BIOS开机自检的速度,并成功移植了VGA BIOS模拟器,可以支持现有市场上更多的显卡种类。现在龙芯2E BIOS已经可以成功初始化的典型显卡包括ATI的RAGE PRO,RAGE XL以及RADEON7000等。实测表明,龙芯2E BIOS在采用上面提出的创新解决方案后,系统整体性能表现良好,不仅明显加快了开机自检的速度,还足以支持市面上更多的显卡,为龙芯2E的产业化提供了更多潜在的客户和厂家。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图目录
• 表目录
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究背景和研究意义
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.3 龙芯2E处理器介绍
• 1.3.1 龙芯2E处理器微体系结构特点
• 1.3.2 龙芯2E处理器接口信号描述
• 1.4 论文所做工作
• 1.5 论文组织结构
• 第二章 基于龙芯2E的软硬件开发环境
• 2.1 组成部分
• 2.2 基于龙芯2E的硬件开发环境
• 2.2.1 基于龙芯2E的开发板
• 2.2.2 基于龙芯2E的北桥的结构特点
• 2.2.3 基于龙芯2E的北桥的地址空间分布和地址映射
• 2.2.4 基于龙芯2E开发板的硬件结构
• 2.3 基于龙芯2E的软件开发环境
• 2.3.1 软件开发环境介绍
• 2.3.2 龙芯2E BIOS交叉编译工具链
• 2.3.3 建立龙芯2E BIOS编译环境
• 第三章 基于PMON的龙芯2E BIOS的优化设计和软硬件调试
• 3.1 MIPS CPU通用寄存器约定
• 3.2 MIPS CPU协处理器,控制指令和标准控制寄存器介绍
• 3.3 BIOS主要命令介绍
• 3.4 BIOS初始化流程优化以及关键代码
• 3.5 VGA BIOS模拟器移植及关键代码
• 3.6 龙芯2E BIOS串口调试方法
• 3.7 龙芯2E BIOS调试大纲
• 第四章 基于龙芯2E的系统性能测试及应用实例
• 4.1 性能测试
• 4.2 性能测试结果及比较
• 4.2.1 访存速度测试
• 4.2.2 硬盘访问速度测试
• 4.2.3 网络性能和USB访问速度测试
• 4.2.4 BIOS开机自检时间测试和对比
• 4.3 基于龙芯2E系统的应用实例
• 第五章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介