一种数字信号处理器内核的设计与扩展

发布时间：2021-04-27 23:40

　　集成电路设计和制造技术的不断发展使得数字信号处理器在通信、计算机、消费电子等领域的应用越来越广泛。同时,数字信号处理算法不断趋于复杂化,只依靠优化软件的方法已经很难提高信号处理器在某些场合下的性能。另外,日益激烈的竞争也对数字信号处理器的灵活性和开发周期提出了更高的要求。本文提出了一种数字信号处理器的结构设计并进行了功能扩展。该处理器具有较高的灵活性,可以根据实际应用需求进行数据通路和指令集的扩展。论文按照自顶向下的设计方法,首先给出了处理器内核的总体结构,在此基础上基于可扩展的思想完成了地址产生单元、译码模块和流水线控制单元的实现,同时在解决竞争的过程中验证了这一结构的灵活性。在完成处理器内核设计的基础上,本文以快速傅利叶变换电路作为扩展单元对该数字信号处理器进行了功能扩展。之后大规模的功能验证论证了本文提出的扩展设计的可行性以及扩展单元带来的性能优化效果。测试结果表明,本文设计的扩展数字信号处理器在执行快速傅利叶变换运算方面具有很高的加速比和并行度。本文对数字信号处理器的设计方法进行了有益的尝试与探索,为今后设计性能更强、结构更灵活的数字信号处理器提供了经验。 

【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 DSP 的发展历史及特点
    1.3 DSP 性能优化方法
    1.4 扩展DSP 功能的意义
        1.4.1 扩展单元的耦合方式
    1.5 研究目标
    1.6 国内外研究现状
    1.7 论文工作与结构
2 DSP 内核的系统结构设计
    2.1 DSP 内核的设计流程
    2.2 DSP 内核的指令集特点
    2.3 DSP 内核的系统结构
        2.3.1 DSP 内核的总线结构
        2.3.2 DSP 内核的流水线
    2.4 小结
3 DSP 内核的设计
    3.1 DSP 数据通路设计
        3.1.1 数据运算单元的设计
        3.1.2 数据地址产生单元的设计
            3.1.2.1 位反序寻址模式的优化设计
            3.1.2.2 循环寻址模式的优化设计
        3.1.3 程序地址产生单元的设计
    3.2 DSP 控制通路设计
        3.2.1 DSP 内核的总线交互
        3.2.2 译码单元的设计
        3.2.3 流水线控制单元的设计
            3.2.3.1 结构竞争及解决方法
            3.2.3.2 数据竞争及解决方法
            3.2.3.3 控制竞争及解决方法
    3.3 小结
4 DSP 扩展设计
    4.1 扩展DSP 功能的意义
    4.2 扩展设计的流程
    4.3 扩展单元的选取
    4.4 DSP 的扩展设计
        4.4.1 扩展单元的设计
            4.4.1.1 扩展FFT 处理单元的意义
            4.4.1.2 FFT 处理单元的结构
            4.4.1.3 FFT 处理单元的精度分析
            4.4.1.4 FFT 扩展单元的实现
        4.4.2 扩展单元与内核的整合
            4.4.2.1 扩展单元与总线的连接关系
            4.4.2.2 指令集扩展
            4.4.2.3 控制通路的扩展
        4.4.3 扩展指令的编译环境
    4.5 小结
5 DSP 内核的验证与扩展性能分析
    5.1 DSP 内核的功能验证
    5.2 扩展单元的功能验证
    5.3 扩展DSP 核的功能验证及性能分析
    5.4 小结
6 结束语
    6.1 课题研究总结
    6.2 课题工作进一步展望
参考文献
致谢
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本文编号：3164363