基于GALS的多核互连及任务调度策略研究

论文摘要

伴随着超大规模集成电路(VLSI)设计技术的进步和对数字信号处理器(DSP)性能要求的提高,多核DSP的出现是技术发展和应用需求的必然产物。由于多核DSP的复杂性,以往的总线技术已经不再适应多核DSP的设计工作,使得我们需要重新考虑片上通信技术。片上网络(NoC)的概念被提出来解决多核DSP片上通信的问题。NoC之所以可以在很大程度上提高设计能力,主要是因为它采用全局异步局部同步(GALS)的工作方式以及可复用的IP技术。本文给出一种基于GALS的多核DSP内部互连设计方案。GALS的设计可以使多个DSP核心根据任务需要工作在不同的频率域,从而降低芯片的总功耗且避免了全局时钟树设计。多核之间采用两条DMA通道进行数据交换,在占用较小CPU负载的同时,获得较大数据带宽。本文给出一种任务队列的任务调度机制,用于完成多核之间任务的自助申请调度以及数据流的控制。以MP3解码程序为例,对任务在四核上的分割方法和调度策略进行详细的阐述。本课题搭建了一个性能仿真环境与时序、面积分析平台,完成四核DSP的后端设计流程。MP3解码程序验证了多核互连的性能。基于队列的任务调度机制加快了MP3解码的速度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 多核技术的发展
• 1.2 多核互连技术
• 1.3 数字信号处理器
• 1.4 论文结构
• 第二章 全局互连技术
• 2.1 NoC 模型
• 2.2 现有全局互连方案
• 2.3 现有GALS 设计方案
• 2.4 本章小结
• 第三章 四核互连架构设计
• 3.1 互连架构内核DSP 设计
• 3.1.1 DSP 整体设计
• 3.1.2 DSP 流水线设计
• 3.2 互连架构内核DSP 接口设计
• 3.2.1 DSP 接口时序
• 3.2.2 DSP 访问冲突
• 3.3 互连架构DMA 接口设计
• 3.3.1 DMA 控制器设计
• 3.3.2 异步FIFO 设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 程序映射及任务调度策略研究
• 4.1 任务队列的维护
• 4.2 任务的调度机制
• 4.3 MP3 解码程序映射
• 4.3.1 MP3 解码流程
• 4.3.2 MP3 解码的任务分割
• 4.4 MP3 解码的任务调度
• 4.5 本章小结
• 第五章 验证与综合
• 5.1 内核DSP 验证方案与平台
• 5.2 同步DMA 互连验证
• 5.3 GALS 互连验证
• 5.4 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 主要工作与创新点
• 6.2 后续研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文