适用于MIMO-OFDM的ASIP的设计与实现

论文摘要

在数字信号处理中,采用传统的数字信号处理器（DSP）或者专用集成电路（ASIC）难以同时满足处理速度高,功耗低和应用灵活性的需求。专用指令集微处理器（Application Specific Instruction set Processor, ASIP）结合了专用集成电路的高速性和数字信号处理器的可编程特性,逐渐成为在硬件实现时一个新型的研究领域。本文围绕ASIP的设计及其在MIMO-OFDM中的应用,主要进行了以下三个方面的工作:第一,设计并实现了一个基于精简指令集（RISC）结构的ASIP处理器,并在此基础上,设计了三种典型的基于RISC结构的ASIP并行处理机结构:SIMD结构、MIMD结构和紧藕合结构。第二,设计并实现了一个基于超长指令字（VLIW）结构的ASIP处理器,并且阐述了基于VLIW结构的ASIP设计方法,包括寄存器文件结构和寄存器文件大小的选择、功能单元的设计、指令格式的设计等。第三,以Xilinx公司FPGA Virtex5 lx85为载体,采用ASIP技术实现了MIMO-OFDM应用中两个典型操作:1024点快速傅立叶变换（FFT）和四阶矩阵求逆,实验结果表明我们的方法相比于其它的方法具有明显的优势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的选课背景
• 1.2 ASIP 简介及设计方法
• 1.2.1 ASIP 技术简介
• 1.2.2 ASIP 的设计方法
• 1.3 本文的研究工作及章节安排
• 第二章 ASIP 的几种典型体系结构
• 2.1 RISC 结构和CISC 结构
• 2.2 VLIW 结构
• 2.3 TTA 结构
• 2.4 本章小节
• 第三章 基于RISC 结构的ASIP 处理单元及其并行结构的设计
• 3.1 基于RISC 结构的ASIP 处理单元结构设计
• 3.1.1 算术运算部件
• 3.1.2 通用寄存器组
• 3.1.3 数据地址产生部件
• 3.1.4 程序定序器
• 3.1.5 ASIP 处理单元的存储器结构与数据交换寄存器组
• 3.1.6 基于RISC 结构的ASIP 处理单元在FPGA 的实现
• 3.2 基于RISC 结构的ASIP 处理单元的专用指令集
• 3.3 基于RISC 结构ASIP 并行结构的设计
• 3.3.1 SIMD 并行结构
• 3.3.2 MIMD 并行结构
• 3.3.3 紧耦合并行结构
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于VLIW 结构的ASIP 设计
• 4.1 基于VLIW 结构的ASIP 介绍
• 4.2 基于VLIW 结构的ASIP 体系结构设计
• 4.2.1 寄存器文件结构的选择
• 4.2.2 寄存器文件的大小的选择
• 4.2.3 运算功能单元的设计
• 4.2.4 存储器结构设计
• 4.2.5 基于VLIW 结构的ASIP 系统结构
• 4.3 基于VLIW 结构的ASIP 指令集的选择和汇编器的设计
• 4.3.1 基于VLIW 结构的ASIP 指令格式
• 4.3.2 基于VLIW 结构的ASIP 指令集汇编器的设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 ASIP 在MIMO-OFDM 中的典型应用
• 5.1 FFT 算法介绍
• 5.1.1 传统DIT-FFT 算法结构
• 5.1.2 DIT-FFT 算法结构改进
• 5.2 采用基于RISC 结构的ASIP 并行技术实现FFT
• 5.2.1 采用基于RISC 结构的ASIP 并行处理1024 点FFT
• 5.2.2 各个PE 之间数据通信问题的解决
• 5.2.3 基于RISC 结构的ASIP 并行处理1024 点FFT 的FPGA 实现
• 5.3 采用基于VLIW 结构ASIP 实现FFT
• 5.3.1 适用于FFT 运算的VLIW 结构ASIP 体系结构
• 5.3.2 适用于FFT 运算的VLIW 结构ASIP 在FPGA 的实现
• 5.4 矩阵求逆算法介绍
• 5.4.1 直接分析法
• 5.4.2 QR 分解法
• 5.4.3 分块求逆法
• 5.5 采用基于VLIW 结构的ASIP 实现矩阵求逆
• 5.5.1 适用于矩阵求逆的基于VLIW 结构的ASIP 体系结构
• 5.5.2 适用于矩阵求逆的VLIW 结构的ASIP 在FPGA 中的实现
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在硕士研究生期间取得的研究成果