面向多处理器SoPC的片上网络的设计与实现

发布时间：2019-04-02 10:43

【摘要】：单处理器的嵌入式系统已经不能满足用户的需求，多处理器系统已经成为未来嵌入式系统的主要发展趋势。现场可编程门阵列（FPGA）的出现给多处理器系统的设计带来了很多方便。相对于传统的片上系统（SoC）技术，基于FPGA的片上可编程系统（SoPC）设计技术具有很多优点，使得在FPGA上搭建多处理器系统更有优势。这种多处理器系统称之为片上可编程多处理器系统（MPSoPC）。但是传统的基于总线结构的MPSoPC系统具有很多缺点，制约了多处理器系统的性能。2001年W.J.Dally等研究人员将计算机网络的思想应用到芯片上，提出了片上网络（NoC）这种全新的片上互联架构，通过片上网络中的路由器来连接芯片上的各个模块。片上网络思想的提出弥补了传统总线通信结构的缺点，满足了片上多处理器中各处理模块间的高带宽以及低延时的通信需求。本文针对片上网络以及MPSoPC进行了研究和设计，做了以下四方面的工作：（1）MPSoPC中片上网络的设计：本文提出了一种基于空分复用（SDM）的片上网络设计方法，主要包括路由器、网络接口、控制单元以及片上网络IP核设计。（2）片上网络的仿真测试：本文对片上网络的各个模块进行仿真与综合，测试片上网络的各个模块，给出了各模块的仿真波形与综合后的RTL级电路图。（3）基于片上网络IP核的MPSoPC系统设计：本文设计了一款基于片上网络通信架构的多处理器系统，，该系统包括了四个MicroBlaze处理器软核。通过对处理器以及片上网络IP核进行连接、配置、编程，最终形成了一个可测试的MPSoPC系统，并且在Xilinx的Virtex-5XC5VLX110T FPGA开发板上得到了验证。（4）片上网络的性能评估：本文从面积、功耗、资源利用情况、吞吐量以及系统延时等方面对设计的片上网络的性能进行了评估,性能评估是在基于FPGA的多处理器系统中而不是在仿真软件中进行的，结果更加准确。在对片上网络以及MPSoPC进行测试之后，测试结果证明本文设计的片上网络的功能正确，而且MPSoPC在片上网络的架构下也能够有效地工作。性能评估结果显示本文设计的网络接口灵活性强，路由器设计复杂度低。相对于时分复用（TDM）片上网络以及同类空分复用片上网络，本文的片上网络的面积、功耗以及资源利用率都比较小，而且还能够提供有保障的吞吐量。
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【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP332

【参考文献】