高性能32位DSP的内核分析与设计
发布时间：2023-01-15 16:36
DSP（Digit Signal Processor）数字信号处理器是一种特别适合用于数字信号处理的芯片,常用于工业智能设备,手持设备等的控制,数字信号的傅里叶变换,卷积运算及音视频信号处理等等,其应用领域越来越广。本文完成了一款32位高性能数字信号处理器DSP的内核的分析与设计。从其体系结构的设计方向展开,详细分析了其总线架构、DSP整体组成、流水线结构及其级数的划分、指令系统的设计及其寻址方式的定义等架构信息。内核方面从其寻址单元模块的设计、指令寄存器IR的设计、算术逻辑单元ALU的设计及指令译码单元的设计。对于算术逻辑单元的设计,详细介绍了其中加法器的设计、桶形移位器的设计及乘法器的设计。加法器的设计采用了超前进位加法器设计的方法,乘法器采用了基于Booth算法的乘法器设计方法。在基本设计完成之后,对整个芯片进行了模块化和系统级的两个层面的功能性仿真验证,对于内核中的算术逻辑单元主要基于模块化的验证策略,对于指令译码单元、寻址方式及指令寄存器模块IR的验证主要基于系统级的验证策略,基于Ncverilog仿真平台搭建相应的仿真环境,编写Test bench文件,配置相关的GPIO,...
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及需求分析
1.2 DSP研究及发展现状
1.3 论文主要研究内容
第2章 X型DSP的体系结构
2.1 总线结构设计
2.2 X型DSP的整体组成
2.2.1 内核结构
2.2.2 片上外设资源
2.2.3 存储器映射设计
2.3 流水线结构设计
2.3.1 流水线级数划分
2.3.2 流水线的防冲突设计方法
2.4 指令系统分析及其设计
2.4.1 指令集结构
2.4.2 寻址方式设计及示例说明
2.5 本章小结
第3章 程序存储器寻址单元及内核关键模块的设计
3.1 程序寻址单元的整体设计
3.1.1 下条指令存储地址的选择逻辑设计
3.1.2 指令地址缓冲器的设计
3.2 指令寄存器IR的设计
3.2.1 指令的读取操作过程
3.2.2 指令分离的操作过程
3.3 算术逻辑单元ALU的设计
3.3.1 加法器的设计
3.3.2 桶形移位器的设计
3.4 乘法器的设计
3.5 门控时钟的设计
3.5.1 门控时钟的原理
3.5.2 门控时钟造成的一些问题考虑
3.6 本章小结
第4章 指令译码单元的设计
4.1 指令译码单元的工作原理
4.2 译码器设计概述
4.3 指令译码器的主要模块设计
4.3.1 指令预取控制单元
4.3.2 指令长度译码单元
4.3.3 操作码识别模块的设计
4.4 本章小结
第5章 功能验证与综合
5.1 验证方法概述
5.2 仿真验证环境搭建
5.3 指令寻址方式的功能验证
5.3.1 直接寻址方式中物理地址的产生验证
5.3.2 间接寻址方式中物理地址的产生验证
5.4 指令寄存器IR模块及指令译码单元的验证
5.5 算术逻辑单元ALU的功能性验证
5.6 逻辑综合
5.6.1 逻辑综合方案
5.7 芯片实物验证
5.7.1 实物测试结果
5.8 本章小结
第6章 总结与展望
参考文献
致谢
个人简历
攻读硕士学位期间已公开发表论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国市场的芯片安全忧患[J]. 刘国政,李芮. 集成电路应用. 2014(08)
[2]一种低功耗通用调制解调平台的设计及实现[J]. 李辉,吴争. 无线电工程. 2014(01)
[3]基于F28035的直流无刷电机控制设计[J]. 严贝峰,熊红斌. 黑龙江科技信息. 2013(12)
[4]基于硬件描述语言的简易CPU设计[J]. 肖海燕,杨建波. 现代电子技术. 2011(22)
[5]DSP芯片技术背景与市场价值[J]. 中国科技信息. 2005(05)
[6]嵌入式多DSP图像处理器的设计[J]. 朱光喜 ,吴薇. 电子产品世界. 2004(17)
[7]嵌入式可重构DSP处理器的指令译码器设计[J]. 韩亮,陈杰,陈晓东. 微电子学与计算机. 2004(07)
[8]门控时钟的低功耗设计技术[J]. 张永新,陆生礼,茆邦琴. 微电子学与计算机. 2004(01)
[9]基于嵌入式硬件平台的馈线自动化远方终端设计[J]. 杜振华,赵慧丽,李云星. 电力自动化设备. 2003(12)
[10]DSP在捷联惯性制导技术中的应用[J]. 王勇. 国外电子元器件. 2003(04)
硕士论文
[1]基于Tcl脚本语言的ASIC后端设计[D]. 曹华.电子科技大学 2011
[2]电动摩托车用六相无刷电机控制系统的研究[D]. 王宏伟.大连理工大学 2010
[3]GPGPU多核流体系结构与功耗模拟研究[D]. 何锐.国防科学技术大学 2010
[4]X型DSP程序寻址部件的设计与实现[D]. 刘燚.国防科学技术大学 2009
[5]同步发电机阶跃响应最优控制方法的研究与实验[D]. 彭济湘.广西大学 2006
本文编号：3731252
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及需求分析
1.2 DSP研究及发展现状
1.3 论文主要研究内容
第2章 X型DSP的体系结构
2.1 总线结构设计
2.2 X型DSP的整体组成
2.2.1 内核结构
2.2.2 片上外设资源
2.2.3 存储器映射设计
2.3 流水线结构设计
2.3.1 流水线级数划分
2.3.2 流水线的防冲突设计方法
2.4 指令系统分析及其设计
2.4.1 指令集结构
2.4.2 寻址方式设计及示例说明
2.5 本章小结
第3章 程序存储器寻址单元及内核关键模块的设计
3.1 程序寻址单元的整体设计
3.1.1 下条指令存储地址的选择逻辑设计
3.1.2 指令地址缓冲器的设计
3.2 指令寄存器IR的设计
3.2.1 指令的读取操作过程
3.2.2 指令分离的操作过程
3.3 算术逻辑单元ALU的设计
3.3.1 加法器的设计
3.3.2 桶形移位器的设计
3.4 乘法器的设计
3.5 门控时钟的设计
3.5.1 门控时钟的原理
3.5.2 门控时钟造成的一些问题考虑
3.6 本章小结
第4章 指令译码单元的设计
4.1 指令译码单元的工作原理
4.2 译码器设计概述
4.3 指令译码器的主要模块设计
4.3.1 指令预取控制单元
4.3.2 指令长度译码单元
4.3.3 操作码识别模块的设计
4.4 本章小结
第5章 功能验证与综合
5.1 验证方法概述
5.2 仿真验证环境搭建
5.3 指令寻址方式的功能验证
5.3.1 直接寻址方式中物理地址的产生验证
5.3.2 间接寻址方式中物理地址的产生验证
5.4 指令寄存器IR模块及指令译码单元的验证
5.5 算术逻辑单元ALU的功能性验证
5.6 逻辑综合
5.6.1 逻辑综合方案
5.7 芯片实物验证
5.7.1 实物测试结果
5.8 本章小结
第6章 总结与展望
参考文献
致谢
个人简历
攻读硕士学位期间已公开发表论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国市场的芯片安全忧患[J]. 刘国政,李芮. 集成电路应用. 2014(08)
[2]一种低功耗通用调制解调平台的设计及实现[J]. 李辉,吴争. 无线电工程. 2014(01)
[3]基于F28035的直流无刷电机控制设计[J]. 严贝峰,熊红斌. 黑龙江科技信息. 2013(12)
[4]基于硬件描述语言的简易CPU设计[J]. 肖海燕,杨建波. 现代电子技术. 2011(22)
[5]DSP芯片技术背景与市场价值[J]. 中国科技信息. 2005(05)
[6]嵌入式多DSP图像处理器的设计[J]. 朱光喜 ,吴薇. 电子产品世界. 2004(17)
[7]嵌入式可重构DSP处理器的指令译码器设计[J]. 韩亮,陈杰,陈晓东. 微电子学与计算机. 2004(07)
[8]门控时钟的低功耗设计技术[J]. 张永新,陆生礼,茆邦琴. 微电子学与计算机. 2004(01)
[9]基于嵌入式硬件平台的馈线自动化远方终端设计[J]. 杜振华,赵慧丽,李云星. 电力自动化设备. 2003(12)
[10]DSP在捷联惯性制导技术中的应用[J]. 王勇. 国外电子元器件. 2003(04)
硕士论文
[1]基于Tcl脚本语言的ASIC后端设计[D]. 曹华.电子科技大学 2011
[2]电动摩托车用六相无刷电机控制系统的研究[D]. 王宏伟.大连理工大学 2010
[3]GPGPU多核流体系结构与功耗模拟研究[D]. 何锐.国防科学技术大学 2010
[4]X型DSP程序寻址部件的设计与实现[D]. 刘燚.国防科学技术大学 2009
[5]同步发电机阶跃响应最优控制方法的研究与实验[D]. 彭济湘.广西大学 2006
本文编号：3731252
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