高性能数字信号处理器的设计与实现

发布时间：2020-05-04 06:18

【摘要】： 数字信号处理器(Digital Signal Processor)是对数字信号进行实时高速处理的微处理器。在数字信号处理领域,数字信号处理器具有高效能,低功耗和成本,好的指令执行效率。在当今的数字化时代背景下,DSP已成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础部件。 本文讨论了具有通用指令集的高性能16位通用数字信号处理器aDSP的架构设计与实现。aDSP集成了超哈佛存储结构,具有1条程序总线和5条数据总线,内部采用了12条超深度流水线,2路超长指令字(VLIW)并行流水线,具有完整的流水线互锁保护机制,同时集成两个40位的乘累加单元,单周期可以执行2次乘累加操作,具有强大的数字信号处理功能。 文章重点讨论了在此处理器的架构设计与实现过程中所采用的硬件架构,主要包括多路超哈佛存储结构设计、标准的复杂指令集(CISC)流水线的运算资源融合、两路VLIW并行流水线的运算单元融合、低功耗停时钟技术在流水线保护中的应用等新型的设计技术,在面积、功耗、性能和主频上面进行了有效的折衷设计。 在流水线互锁保护机制设计中,讨论了几种低功耗设计方法的优缺点,最终针对处理器的流水线特点和性能需求提出了自己的流水线停时钟方案,将低功耗设计融入到了流水线保护机制中,最终的功耗仿真结果表明,处理器功耗得到了有效的控制;由于处理器的指令集属于复杂指令集系统,所以流水线设计相当复杂,需要合并共享的硬件运算资源以减少复杂度,通过细分指令类型和融合两路的VLIW指令通道,最终将处理器的流水线划分为三条分支流水线,同时将指令译成微操作码进行融合,有效地降低了复杂度;在处理器的数据通路设计中,针对一些特殊的运算路径,提出了新的硬件实现方案并进行优化,最终取得了较好的效果,使得处理器的关键路径并没有出现在数据通路中;在处理器的超哈佛存储结构中,集成了6条总线对存储器模块进行访问。最终的RTL仿真结果表明,
【图文】：

图 25 aDSP 的布局图Figure 25 Floorplan of aDSP是aDSP的电压降分析图，从图中可以看出，Stand C白色，Hard Macro密集的部分压降很大，中间经历橙程，，在内部存储器模块部分压降最大，为红色。

图 25 aDSP 的布局图Figure 25 Floorplan of aDSP示是aDSP的电压降分析图，从图中可以看出，Stand Ce为白色，Hard Macro密集的部分压降很大，中间经历橙色过程，在内部存储器模块部分压降最大，为红色。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TN911.72;TP332

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本文编号：2648225