论文摘要
X型DSP是一款高性能、低功耗16位定点数字信号处理器芯片。采用先进的改进型哈佛结构(一条程序存储器总线、3条数据存储器总线和4条地址总线),CPU内核设计了乘加(MAC)、比较,选择,存储单元(CSSU)等专用功能部件,片内集成大量的存储器和丰富的外设,采用高度专业化的指令集,特别适合便携式和嵌入式应用。本人有幸作为参研者之一全程参与了该DSP研制的全过程,承担并出色完成了其指令控制和中断控制部件的设计与实现。本文在深入研究X型DSP指令系统和微体系结构的基础上,给出了X型DSP指控部件的优化实现结构,并分取指、译码和控制等几个部分详细介绍了指控部件的逻辑设计和验证。译码矩阵PLA是指控部件的关键电路,用于实现由操作符到微控制信号的转换。PLA设计的优劣对指控部件面积、速度和功耗等性能指标影响很大。本文采用全定制方法,在0.25μm CMOS工艺下设计实现了X型DSP指令部件的译码矩阵PLA,详细介绍了译码矩阵的逻辑、电路和版图的设计与验证,并进行了性能分析。中断作为指令控制的重要组成部分,其性能的高低直接影响流水线的运行性能。速度是体现其性能的一个重要方面,本文深入研究了多种中断技术的实现方法,设计并实现了一种可以快速响应的中断系统。本文最后对指令部件进行了模块级的功能验证以及中断系统的验证,模拟验证结果表明指令部件的设计完全满足X型DSP芯片的设计要求,经投片证明已获得良好的效果。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论§1.1 课题研究背景§1.2 相关研究1.2.1 DSP的发展历程1.2.2 DSP芯片的主要特点1.2.3 DSP的技术展望§1.3 本文的主要工作§1.4 本文的结构第二章 X型DSP体系结构概述§2.1 X型DSP的指令集结构2.1.1 指令格式2.1.2 数据寻址方式2.1.3 指令系统的分类§2.2 X型DSP流水线的结构和功能2.2.1 X型DSP的流水线结构介绍2.2.2 X型DSP流水线操作§2.3 功能部件组成2.3.1 CPU内核2.3.2 总线控制器2.3.3 片内存储器2.3.4 片内外设第三章 X型DSP指令部件的设计与实现§3.1 指令部件的基本原理和总体结构3.1.1 指令部件的基本原理3.1.2 X型DSP指控部件总体结构的设计3.1.3 中断与指令控制§3.2 取指部件（IF）的设计与实现3.2.1 取指部件（IF）的功能概述3.2.2 取指部件各子模块的设计3.2.2.1 程序地址生成（PG）模块的设计3.2.2.2 程序地址发送（PS）模块的设计3.2.2.3 程序读取（PR）模块的设计§3.3 指令译码和控制（CC）部件的设计与实现3.3.1 指令译码和控制（CC）部件的功能概述3.3.2 指令译码和控制（CC）部件各子模块的设计3.3.2.1 指令分离（IS）模块的设计3.3.2.2 操作符控制（OC）模块的设计3.3.2.3 操作数处理（OD）模块的设计§3.4 快速响应中断系统的设计与实现3.4.1 X型DSP中断系统的工作原理和总体设计3.4.2 中断系统各子电路的设计和优化3.4.2.1 置/清标志位电路的设计3.4.2.2 排队判优电路的设计3.4.2.3 向量地址编码电路的设计3.4.3 中断和流水线第四章 指令译码矩阵PLA的设计与实现§4.1 可编程逻辑阵列（PLA）的基本原理§4.2 指令译码矩阵PLA的总体结构设计§4.3 各模块的设计与实现4.3.1 存储体单元的设计4.3.2 全局时序控制单元的设计4.3.3 自定时技术的实现4.3.4 与阵列字线译码单元的设计4.3.5 与阵列位线预充电和或阵列字线控制单元的设计4.3.6 或阵列位线预充电和数据读出单元的设计第五章 指令部件的设计验证§5.1 指令部件功能验证5.1.1 PG模块的功能验证5.1.2 PS模块的功能验证5.1.3 PR模块的功能验证5.1.4 IS模块的功能验证5.1.5 OC模块的功能验证5.1.6 OD模块的功能验证§5.2 中断系统的验证5.2.1 硬件中断的验证5.2.2 软件中断的验证5.2.3 多中断的验证5.2.4 中断延迟的验证5.2.4.1 单重复指令与中断延迟的验证5.2.4.2 保持模式与中断延迟的验证5.2.4.3 RSBX和SSBX指令与中断延迟的验证第六章 结束语§6.1 课题工作总结§6.2 未来工作展望致谢参考文献攻读硕士期间发表的论文
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