首页> 正文

面向特定应用的MPSoC设计流程平台研究

2020-11-28阅读(1014)

面向特定应用的MPSoC设计流程平台研究

论文摘要

随着嵌入式应用的快速发展,多处理器系统芯片（MPSoC）设计日趋复杂。如何高效可靠的设计多处理器系统芯片逐渐成为集成电路设计的一个巨大挑战。本文研究工作从MPSoC设计出发,对其相关技术研究领域进行探索,提出构建了一套面向特定应用的、从应用到物理实现完整的MPSoC设计流程平台,并通过音视频编解码应用对其予以验证。本文MPSoC设计流程平台研究工作主要分成以下四个方面逐步展开:（一） CKSoC平台及其粗粒度系统芯片集成开发设计流程。本文首先研究并构建了以CKCore处理器为核心的CKSoC平台及其粗粒度任务划分设计流程。CKSoC平台是一个基于CKCore和AMBA总线的底层硬件设计集成开发平台,它有效利用SPIRIT标准搭建IP库,使得平台不仅兼容各方IP,而且支持其它SoC EDA开发工具,促使平台数据交换更为标准通用化。该流程平台可以对特定应用进行粗略的人工任务划分,通过配置可重用的CKSoC平台快速生成相应硬件平台,在底层FPGA原型上完成软硬件协同仿真。通过H.264帧内编码器和OGG解码播放器两个应用深入介绍了该系统芯片设计开发流程平台应用实现,从软硬件划分和异构双核SoC设计两个方面验证了该流程平台的实用性和有效性。（二）基于Simulink的MPSoC系统级设计流程。为满足面向细粒度、高复杂度和高性能的MPSoC设计需求,我们在CKSoC平台基础上,扩充提出并构建了基于Simulink的MPSoC系统级设计流程平台。该流程采用Simulink对应用的软件算法和硬件体系结构进行混和建模,并通过三个高抽象层对软硬件进行不断细化和性能评估,引导任务划分和软硬件映射,实现软硬件体系结构探索。在从Simulink模型到RTL实现的细化过程中,流程提出并采用了四个算法和体系架构混和模型（CAAM）:Simulink CAAM、虚拟体系架构CAAM、传输精确体系架构CAAM和虚拟原型CAAM。（三）基于Simulink的MPSoC系统级设计平台及其多处理器模型。基于该流程的软硬件平台通过兼容ARM、XTENSA和CKCore等多种处理器以及GFIFO、HWFIFO和DMS等通信架构,有效提高流程平台的灵活可配性,并确保MPSoC体系结构设计空间的可扩展性。该设计平台还包含了一些面向存储和通信优化的技术:通过细化探索处理器间通信架构和优化多线程通信通道来提高系统通信效率和减少通信负载;通过对多线程软件的调度优化和硬件存储架构的配置优化来提高存储器效率和减少存储器面积功耗;通过系统有效的性能分析来实现准确的性能评估,从而为体系结构探索提供支持。在基于Simulink的MPSoC设计流程平台基础上,本文还提出了一种多处理器软硬件原型,将MPSoC的处理器及其通信统一建模于一个多层次的软硬件原型中。多处理器原型作为可重用的处理器架构原型,具备灵活可配的软硬件架构和接口,可根据应用的需求和软硬件协同仿真结果,相应调节多处理器原型的软硬件架构,从而实现系统最佳性能。（四）通过视频解码应用来验证本文MPSoC系统级设计流程平台。面向Motion-JPEG的MPSoC设计实验验证了基于Simulink的MPSoC设计流程多层建模和逐步细化功能的可行性,并通过多种不同的处理器和互连通信机制来进一步验证该流程平台的通用、灵活和高效性。面向H.264基本档次解码应用的MPSoC设计实验通过从粗粒度到细粒度的不同任务划分策略,基于多处理器模型逐步优化MPSOC系统性能;通过多线程代码优化,进一步验证了流程平台中多线程代码优化技术的有效性;通过基于FPGA和SMIC工艺分别实现了多处理器原型,验证了流程平台的物理可实现性。

论文目录

  • 致谢
  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  • 1.1 课题背景及意义
  • 1.2 本文研究内容和主要创新点
  • 1.2.1 本文研究内容
  • 1.2.2 本文主要创新点
  • 1.3 本文架构
  • 2 MPSoC设计现状
  • 2.1 系统芯片与并行运算处理概况
  • 2.1.1 系统芯片概况
  • 2.1.2 并行运算处理概况
  • 2.2 MPSoC架构
  • 2.2.1 同构多核实例
  • 2.2.2 异构多核实例
  • 2.3 MPSoC的存储通信设计
  • 2.3.1 共享存储（Shared Memory）和消息传递（Message Passing）
  • 2.3.2 MPSoC的片上互连架构设计
  • 2.4 并行编程（Parallel Programming）
  • 2.5 MPSoC设计的困难和挑战
  • 2.5.1 应用建模
  • 2.5.2 任务划分调度
  • 3 MPSoC设计流程平台的相关研究
  • 3.1 传统SoC设计流程
  • 3.2 Y-Chart设计流程
  • 3.3 MPSoC设计方法
  • 3.3.1 自顶向下（Top-Down）MPSoC设计方法
  • 3.3.2 基于组件（Component Based）MPSoC设计方法
  • 3.3.3 基于平台（Platform Based）MPSoC设计方法
  • 3.4 MPSoC设计流程平台相关研究
  • 3.4.1 计算模型（MOC）
  • 3.4.2 系统描述建模语言
  • 3.5 本章小结
  • 4 基于CKSoC平台的系统芯片设计
  • 4.1 CKSoC平台介绍
  • 4.1.1 CKCore处理器
  • 4.1.2 总线架构
  • 4.1.3 通用AHB总线接口
  • 4.1.4 基于SPIRIT标准的CKSoC平台
  • 4.2 基于CKSoC平台的SoC设计流程
  • 4.3 芯片设计实例
  • 4.3.1 面向H.264帧内编码的SoC设计
  • 4.3.2 面向OGG音频解码的双核SoC设计
  • 4.4 本章小结
  • 5 基于Simulink的MPSoC设计流程
  • 5.1 设计流程简介
  • 5.2 Simulink建模
  • 5.2.1 ACSM模型
  • 5.2.2 Simulink模型
  • 5.3 基于Simulink CAAM的软硬件划分映射
  • 5.3.1 Simulink CAAM软硬件混和模型
  • 5.3.2 任务划分和软硬件架构映射
  • 5.4 高抽象层次CAAM
  • 5.4.1 虚拟体系结构层CAAM
  • 5.4.2 传输精确体系结构层CAAM
  • 5.4.3 虚拟原型层CAAM
  • 5.5 软硬件分层协同设计和性能评估
  • 5.5.1 硬件体系结构生成
  • 5.5.2 多线程代码生成器
  • 5.5.3 性能评估
  • 5.6 RTL代码生成和物理实现
  • 5.7 本章小结
  • 6 基于Simulink的MPSoC设计平台
  • 6.1 MPSoC设计硬件平台
  • 6.1.1 处理器子系统
  • 6.1.2 互连通信机制
  • 6.1.3 存储器子系统
  • 6.2 MPSoC设计软件平台
  • 6.3 一种基于Simulink的MPSoC设计平台的多处理器原型
  • 6.3.1 多处理器原型硬件架构
  • 6.3.2 多处理器原型软件架构
  • 6.4 本章小结
  • 7 MJPEG和H.264解码应用实验
  • 7.1 Motion-JPEG解码
  • 7.1.1 应用介绍
  • 7.1.2 MPSoC设计实验
  • 7.2 H.264基本档次解码
  • 7.2.1 应用介绍
  • 7.2.2 MPSoC设计实验
  • 7.3 本章小结
  • 8 总结与展望
  • 8.1 论文总结
  • 8.2 本文局限和未来工作展望
  • 参考文献
  • 附录A:CKCORE指令集分类
  • 附录B:CKSOC平台配置参数
  • 附录C:基于Simulink的MPSoC设计平台部分HdS库函数列表
  • 个人简历

    • 相关论文文献

    • [1].基于MPSoC并行调度的矩阵乘法加速算法研究[J]. 计算机科学 2017(08)
    • [2].嵌入式MPSoC的片上存储器设计优化技术综述[J]. 中国科技信息 2013(03)
    • [3].MPSoC可调度性分析的价格时间自动机模型[J]. 西北工业大学学报 2017(02)
    • [4].MPSoC软硬件划分的自动波竞争神经网络算法[J]. 电子科技大学学报 2010(05)
    • [5].缓解异构MPSoC电迁移效应的任务调度算法[J]. 计算机辅助设计与图形学学报 2015(08)
    • [6].基于整数线性规划的MPSoC通信优化策略[J]. 上海交通大学学报 2015(02)
    • [7].基于MPSoC平台小波变换并行算法研究[J]. 计算机工程与应用 2017(04)
    • [8].三模冗余MPSOC容错设计与验证[J]. 空间控制技术与应用 2012(04)
    • [9].基于离散粒子群优化的MPSoC节能调度算法[J]. 江西师范大学学报(自然科学版) 2016(03)
    • [10].负载自适应的异构MPSoC任务调度算法研究[J]. 工程科学与技术 2017(02)
    • [11].汽车级Zynq UltraScale+ MPSoC[J]. 今日电子 2018(03)
    • [12].基于仿真的能量最小化探索[J]. 科技创新与应用 2014(15)
    • [13].基于复制分治策略的嵌入式MPSoC平台软件并行化[J]. 小型微型计算机系统 2013(07)
    • [14].基于FPGA和ASIC实现的不同路由器结构的MPSoC比较[J]. 太赫兹科学与电子信息学报 2015(06)
    • [15].面向多媒体特定应用的剖析和标注相结合MPSoC性能评估方法（英文）[J]. Journal of Zhejiang University-Science C(Computers & Electronics) 2015(02)
    • [16].红外/毫米波复合制导信息处理方法及MPSoC实现[J]. 北京理工大学学报 2011(11)
    • [17].面向MPSoC性能评估的高速缓存建模技术[J]. 浙江大学学报(工学版) 2015(07)
    • [18].基于OpenCL的流式应用程序在MPSoC上的动态并行度伸缩调度[J]. 高技术通讯 2016(12)
    • [19].多粒度通信优化的MPSoC调度映射策略[J]. 浙江大学学报(理学版) 2017(04)
    • [20].利用冗余核的MPSoC故障检测方法[J]. 计算机应用 2014(01)
    • [21].访存与用户行为敏感的MPSoC应用映射[J]. 电子学报 2015(04)
    • [22].嵌入式MPSoC的调试功能实现[J]. 计算机辅助设计与图形学学报 2008(04)
    • [23].一种负载感知的异构MPSoC任务调度算法[J]. 电子科技大学学报 2017(06)
    • [24].用于油画鉴别的自适应MPSoC中NoC仿真平台研究[J]. 电子技术应用 2016(12)
    • [25].基于MPSoC的以太网接口设计与实现[J]. 电子科技 2011(12)
    • [26].一种基于NoC的MPSoC模拟器的实现[J]. 微电子学与计算机 2018(10)
    • [27].消息传递型MPSoC通信过程分析及其优化设计[J]. 计算机辅助设计与图形学学报 2011(10)
    • [28].嵌入式阵列处理器的发展[J]. 电子产品世界 2008(10)
    • [29].基于Bus-NoC的3D MPSoC的总线仲裁[J]. 计算机技术与发展 2009(07)
    • [30].面向异构MPSoC的多媒体应用程序任务分配方法[J]. 计算机辅助设计与图形学学报 2010(10)

    标签：;  ;  ;  ;  ;  

    面向特定应用的MPSoC设计流程平台研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 毕速过 版权所有 鄂ICP备12018319号-5