OR1200向量处理器的设计及在MPEG-4中的应用

论文摘要

随着信息时代的到来,多媒体技术已经成为了人们生活中不可缺少的一部分。而多媒体技术应用中所具有的大数据量、高处理速度等特点又给作为系统运算和控制核心的嵌入式处理器带来新的要求,如低成本、低功耗、能够有效支持多媒体信息处理与传输、具有很强的网络通信和与其他设备交换信息的能力等。因此,无论在理论研究上还是在实际应用上,研究和设计面向多媒体应用的微处理器都将有重要的意义。在比较了各种媒体处理器结构之后,考虑到成本和性能的折衷,本文选择了灵活性好,成本相对低的单内核处理器结构作为媒体处理器的基本结构,并选择开源处理器作为基核。同时,向量处理技术在媒体信息处理等应用中取得了很好的效果,并已经在许多高端的通用微处理器中得到应用,将向量处理技术应用到嵌入式处理器中,必然会提高其处理媒体信息等应用的能力。但在主要的开源处理器中,并没有具体实现向量处理技术。本文以MPEG-4视频编码为背景,比较了各种开源处理器后,提出一种可用于MPEG-4视频编码的单内核处理器结构的OR1200向量扩展处理器。研究了基于OR1200处理器的标量扩展向量媒体处理技术,扩展了向量指令集,实现了各个组成单元,比较相关多媒体运算算法并设计了适用于MPEG-4的可向量处理的NEDA DCT单元。最后完成了OR1200向量扩展处理器的RTL级verilog源码,并基于modelsim仿真说明了功能的正确性。总体来讲,单内核处理器结构的OR1200向量扩展处理器不仅有较强的多媒体处理能力,而且通过标量向量混合执行的方式,可以有效的利用处理器硬件资源,有低成本、低功耗、高性能的优点,适合于MPEG-4编码系统等嵌入式处理器应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的研究背景
• 1.2 视频压缩编码技术
• 1.3 媒体处理器的主要实现方法
• 1.4 常用的RISC 处理器核
• 1.5 向量处理技术
• 1.6 本文的工作和结构
• 第二章 MPEG-4 标准概述
• 2.1 MPEG-4 的特点和功能
• 2.2 MPEG-4 视频编码的主要内容
• 2.2.1 系统框架
• 2.2.2 MPEG-4 视频流数据逻辑结构
• 2.2.3 MPEG-4 视频编码步骤
• 2.2.4 MPEG-4 基于VOP 的编码算法分析
• 第三章 RISC 技术和 OpenRISC1200 处理器
• 3.1 RISC 技术
• 3.1.1 RISC 的起源
• 3.1.2 RISC 的特点和本质
• 3.2 OpenRISC1200 处理器
• 3.2.1 指令集定义和寻址模式
• 3.2.2 存储器地址模式和数据格式
• 3.2.3 寄存器定义
• 3.2.4 CPU/DSP 单元
• 3.2.5 存储器体系
• 3.2.6 WISHBONE 互连总线
• 3.2.7 软件开发环境（SDK）
• 第四章 OR1200 向量扩展及在 MPEG-4 中的应用
• 4.1 OR1200 向量处理技术的实现
• 4.1.1 向量处理结构
• 4.1.2 OR1200 向量处理微体系结构的实现
• 4.1.3 OR1200 向量指令的实现
• 4.2 MPEG-4 中的DCT 算法研究
• 4.2.1 DCT 基本概念与意义
• 4.2.2 DCT 快速算法
• 4.2.3 NEDA DCT 算法
• 第五章 仿真与验证
• 5.1 组件及接口模块独立仿真
• 5.2 系统仿真
• 5.2.1 仿真模型的建立
• 5.2.2 系统测试的激励
• 5.2.3 仿真结果及分析
• 5.3 性能分析
• 第六章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录攻读学位期间发表的学术论文