部件级可重构计算及其在汽车电子中的应用研究

论文摘要

通用处理器以时间换取处理问题的灵活性,专用处理器效率高但灵活性差,可重构计算技术为传统通用处理器和专用处理器提供了一个非常有价值的发展方向。它补充了通用处理器和专用处理器计算系统的不足,既具有在制造后的可编程性,又能提供较高的计算性能和密度。目前大多数可重构计算系统基本由现场可编程门阵列器件(FPGA)和通用处理器构成,由可编程器件提供对复杂运算的加速计算能力。 论文主要研究并实现了一种基于嵌入式处理器的部件级可重构计算系统,并且把它具体应用到发动机可变气门电磁驱动控制系统上,对促进可重构计算技术在汽车电子领域的应用有着积极意义。 首先论文对可重构计算和系统芯片的相关技术和该领域的发展方向进行了探讨,同时对可变气门驱动控制的发展现状进行了分析,接着对基于部件级可重构计算的片上系统设计方法进行了研究,研究结果表明,这种方法具有降低设计复杂度,增加系统灵活性等优点。因此在随后的可变气门电磁驱动控制器设计中采用了Altera公司提供的基于嵌入式处理器Nios的部件级可重构SoPC设计方案。SoPC(Svsetm on Programmable Chip)是基于可编程逻辑的片上系统,Nios处理器是一个基于FPGA的16/32位的软核RISC处理器。结合可变气门电磁驱动控制的具体实现过程,对SoPC环境下的IP核复用,基于Nios软硬件协同的技术进行了具体讨论。鉴于系统中多处用到没有预先定义的IP核,本文研究了Nios系统中用户自定义逻辑设计的基本方法和流程,并且用Verilog硬件描述语言设计并实现了两个硬件用户自定义逻辑,分别用于散列表的快速查找和可变气门电磁驱动的控制,从而进一步实现了整个硬件系统。随后,根据前面的软硬件划分,文章给出了片上系统软件的设计过程,并完成了软硬件的协同设计。 最后,论文除了对两个自行设计的用户逻辑进行了仿真测试外,还构建了一个测试平台,从远程控制和硬件可重构两方面对整个原型系统进行了测试。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 项目来源、目的和意义
• 1.2 可变气门系统研究现状
• 1.3 研究内容
• 1.4 本文的结构
• 第2章 可重构计算及相关研究
• 2.1 引言
• 2.2 可重构计算技术基础
• 2.3 可重构计算系统的体系结构
• 2.3.1 系统级耦合方式
• 2.3.2 部件级耦合方式
• 2.3.3 电路级耦合方式
• 2.4 可重构计算技术的应用
• 2.5 小结
• 第3章 基于部件级可重构SoC设计方法
• 3.1 引言
• 3.2 基于部件级可重构的SoC设计方法
• 3.3 基于部件级可重构的SoPC系统搭建实例
• 3.4 小结
• 第4章 部件级可重构计算系统开发环境
• 4.1 引言
• 4.2 硬件平台、设计工具与开发环境
• 4.2.1 硬件实现技术的选择
• 4.2.2 Nios微处理器特点
• 4.2.3 Avalon总线
• 4.2.4 开发平台介绍
• 4.2.5 系统开发流程介绍
• 4.3 SoPC设计中的用户自定义逻辑设计方法研究
• 4.4 小结
• 第5章 部件级可重构计算技术在汽车电子中的应用
• 5.1 引言
• 5.2 发动机可变气门电磁驱动控制器原理
• 5.3 系统软硬件的划分
• 5.4 基本硬件系统的实现
• 5.4.1 DMA控制器
• 5.4.2 散列查找用户逻辑自定义逻辑设计
• 5.4.3 用Verilog语言实现散列查找用户自定义逻辑
• control设计与实现'>5.4.4 电磁驱动用户自定义逻辑PWM_control设计与实现
• 5.5 系统软件具体实现
• 5.6 程序的下载与运行
• 5.7 小结
• 第6章 测试与仿真
• 6.1 引言
• 6.2 测试环境的搭建与远程测试
• 6.3 用户自定义逻辑的仿真测试
• 6.4 硬件可重构测试
• 6.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士期间发表论文列表