媒体数字信号处理器IP核关键技术研究

发布时间：2020-05-13 19:42

【摘要】： 随着深亚微米工艺的进步和芯片设计技术的发展,将系统集成在一块芯片中成为现实,嵌入式系统设计进入了多处理器系统芯片时代。多媒体应用强有力地推动着芯片产业的发展,其中高灵活性、高性价比的数字信号处理器在媒体处理领域得到了广泛的应用。媒体增强型数字信号处理器核的使用加快了嵌入式系统芯片的开发速度,多核数字信号处理器也已经引起业界的广泛关注。本文作者参与了浙江大学信息与通信工程研究所SoC RD小组承担的具有自主知识产权的媒体数字信号处理器MediaDSP64的研发工作。作为部分研究成果,本文着重探讨了媒体数字信号处理器IP核中部分关键技术,涉及到处理器微结构设计、数据搬运机制、精确异常处理以及实时操作系统和软件调试应用等多个方面。在DSP微结构设计中,从流水线控制与化解数据冲突出发,对指令流水线执行过程进行抽象化,构建了一个通用的数据旁路模型,同时给出一种较为准确的旁路设计复杂度评估方法。通过旁路模型映射,针对MD64流水线的特点,数据旁路设计采用精简部分旁路、地址寄存器旁路缓存、按需冲突检测等创新思想,有效降低了旁路硬件开销,提高了流水线的执行效率,并且对关键控制信号采用去耦合策略,有效减少了关键路径延时。实验证明这是一种兼顾效率与资源开销的优化设计。本文的通用旁路模型不但适用于复杂标量流水线的旁路设计,而且可以扩展到多发射处理器数据旁路网络的分析。从数据运算与多数据搬运任务的并行性方面,阐述了利用DMA技术实现媒体数字信号处理中数据传输机制的重要性。结合MD64实际存储结构和应用特点,设计实现了一种具有高灵活性、低开销的任务建立与传输模式,高效数据传输,微结构精简紧凑且占用硬件资源较少的多模DMA引擎。最后以嵌入式实时操作系统和软件调试应用为驱动,在MD64数字信号处理器上实现了简单高效的精确异常处理,增强了MD64在程序控制方面的能力,有效地扩展了其应用场合。
【图文】：

构架图,构架图

MD64都需要保证有较强的数值运算和程序控制能力，以应对未来多媒体应用对处理器核更高的性能要求。MD64的结构如图1一5所示，内部DSP核采用变长的9级指令流水线结构，内部有功能丰富的执行处理单元(包括分裂式ALU和MAC、桶形移位器、部分字对齐和比特流操作单元)，两组寄存器文件(32bit通用寄存器和128bit媒体寄存器)，特殊的地址产生单元，数据旁路单元;外部配有两个协处理器(CPO和CP2)，时钟管理单元，总线和JTAG接口。MD64采用改进的哈佛结构和Cache存储机制，还有专用的片内存储器用于临时数据和局部变量信息的存放。口国困圈。。州ineeontro

状态图,流水线控制,状态图,流水线

时对流水线的执行控制。因此在设计处理器的流水线控制单元时，可以考虑采用部分集中的控制机制来协同管理整个流水线，即根据流水线控制类型用多个分布式控制器来共同产生流水线控制信号，然后根据优先级决定最终的控制。如图2一2所示:P咖 haeeontrolsignalstagel叼stageZ typeArequesttype坪requypeAofllro犯夕伴BOntro卜TyPeMControkP币e玩 eControl[Jn让图2一2分类控制的流水线控制机制分析流水线整体状态，可以分为五个系统状态:复位(ReseO、运行(Run)、停顿 (slip)、停止(Stall)和重启(Rest叭)。其中停顿是指以某一流水级分界，其后流水线中的指令照常执行，，而其前级流水线中的指令暂停执行的一种状态;停止状态是指整条流水线都停止执行指令，一般是等待外部重新启动信号触发，使之转换到重启状态;重启状态是停止状态返回一般状态前的过度状态，完成流水线重启的恢复工作。流水线控制单元 (PipelineControlUnit，PCU)通过对流水线上各个部分的请求信号、状态信号以及当前运行状态的综合判断，转换运行状态
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TP332

【引证文献】