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“银河飞腾”DSP片内存储系统的优化设计研究

2020-11-22阅读(740)

“银河飞腾”DSP片内存储系统的优化设计研究

论文摘要

数字信号处理器（DSP）自问世以来得到了快速的发展和广泛的应用。片内存储子系统的安排，对DSP的性能影响甚大。Cache虽有着失效延迟难以预测、不能很好满足实时性要求等缺点，但因与DSP算法极好的契合性而依然是高性能DSP芯片设计不可缺少的重要技术之一。因此，研究合适的基于Cache的DSP的存储系统具有重要的意义。 YHFT-DSP课题组研制的“银河飞腾”系列DSP芯片采用了“片内RAM+两级Cache”的存储结构，融合了RAM和Cache的优点，具有良好的可扩展性，但存在着片内外间数据传输效率较低、Cache失效延迟偏大等不足。 本文在广泛研究当前主流高性能DSP芯片的存储结构文后，深入分析了YHFT-Dx片内存储系统的特点，提出了增大存储器容量、优化部件间接口协议等几种提高存储系统性能的改进方法，并完成了优化设计的RTL级编码及模拟验证，最后还进行了性能评测。 根据YHFT-Dx二级存储器可配置成Cache／RAM的特点，直接将其从64kB扩大到256kB，增加的192kB专做RAM使用。增大RAM使得可以在片内放入更多的代码和数据，从而减小二级存储器的失效率。评测发现，改进后存储系统的性能提高了约15％。 为了减小YHFT-Dx二级Cache的失效延迟，在已增设的1，2与外部存储器接口（EMIF）直接通路基础上进一步优化了接口协议，并通过在EMIF与L2之间、一级数据Cache与L2之间设置写回缓冲和优先供给请求字，大大提高了Cache系统的性能。这些改进使得YHFT-Dx存储系统的整体性能提高了约9％以上。提出的基于Cache行地址偏移量的优先读取方法不仅减小了Cache的失效延迟，而且使得延迟变得较为确定。 针对YHFT-Dx中EDMA（增强的直接存储器访问）在片内外间数据搬移效率较低这一缺点，优化了L2、EDMA和EMIF之间的接口协议。通过增加使用缓冲器实现了EDMA读／写操作的流水化，提高了并行处理能力，隐藏了存储器的访问延迟。这一改进使得EDMA数据搬移的效率提高了60％多。 为了保证设计的正确性为所做优化设计开发了较为完备的测试码，并完成了功能验证和时序验证。这些优化设计在已投片的YHFT-D4B中得到了实际应用。

论文目录

  • 图目录
  • 表目录
  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • §1.1 DSP芯片概述
  • §1.1.1 DSP芯片的特点
  • §1.1.2 DSP芯片的发展趋势
  • §1.2 DSP的片内存储体系结构
  • §1.2.1 DSP片内存储器的结构与层次
  • §1.2.2 DSP片内Cache的使用与组织
  • §1.2.3 高性能DSP片内存储系统的发展趋势
  • §1.3 相关研究
  • §1.4 课题的来源、目标及研究意义
  • §1.5 本文所作的研究工作
  • §1.6 论文的组织结构
  • 第二章 YHFT-Dx的存储结构及性能优化途径
  • §2.1 YHFT-Dx总体结构
  • §2.2 YHFT-Dx的片内存储子系统
  • §2.2.1 存储访问的数据通路
  • §2.2.2 片内两级Cache结构
  • §2.3 YHFT-Dx片内存储系统的性能优化途径分析
  • §2.3.1 提高数据传输效率的一般方法
  • §2.3.2 提高Cache性能的一般方法
  • §2.3.3 提高YHFT-Dx数据传输效率和Cache性能的技术途径
  • §2.4 小结
  • 第三章 增大片内存储器容量的设计
  • §3.1 64kB的L2 Cache／RAM结构
  • §3.2 192kB RAM+64kB Cache／RAM结构
  • §3.3 增大存储器容量带来的问题
  • §3.4 存储器内建自测试
  • §3.5 小结
  • 第四章 YHFT-Dx片内存储系统的优化设计
  • §4.1 L2—EMIF直接存取通路的设计与优化
  • §4.1.1 L2—EMIF直接存取通路
  • §4.1.2 L2—EMIF直接存取通路的优化
  • §4.2 使用写回缓冲
  • §4.2.1 L1D与L2间失效写缓冲的设计
  • §4.2.2 L2与EMIF间写回缓冲的设计
  • §4.3 优先供给请求字
  • §4.3.1 L2与L1D间优先供给请求字
  • §4.3.2 EMIF与L2间优先供给请求字
  • §4.4 EDMA读写操作的流水化
  • §4.4.1 YHFT-Dx EDMA简介
  • §4.4.2 L2与EDMA的接口
  • §4.4.3 EDMA读写操作的流水化设计
  • §4.5 小结
  • 第五章 模拟验证
  • §5.1 验证方法与策略
  • §5.2 增大L2 RAM容量的模拟验证
  • §5.3 L2—EMIF直接存取通路的模拟验证
  • §5.4 写回缓冲的模拟验证
  • §5.5 请求字优先的模拟验证
  • §5.6 EDMA读写操作流水化的模拟验证
  • §5.7 小结
  • 第六章 性能评测和实验结果
  • §6.1 性能评测的方法
  • §6.2 增大L2 RAM容量的性能分析和实验统计结果
  • §6.3 L2—EMIF直接存取通路的性能分析和实验统计结果
  • §6.4 写回缓冲的性能分析和实验统计结果
  • §6.5 请求字优先的性能分析和实验统计结果
  • §6.6 EDMA读写操作流水化的性能分析和实验统计结果
  • §6.7 YHFT-Dx存储系统整体优化的性能分析和实验统计结果
  • §6.8 小结
  • 第七章 结束语
  • §7.1 工作总结
  • §7.2 工作展望
  • 致谢
  • 硕士研究生期间发表的论文
  • 参考文献

    • 相关论文文献

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