基于Openrisc的可重塑芯片设计

发布时间：2017-05-25 07:20

  本文关键词：基于Openrisc的可重塑芯片设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自1958年美国著名公司TI发明了全球第一块集成电路之后，集成电路的规模和相关技术得到了飞速的发展。其中最明显的就是处理器包含的晶体管数目越来越多，而体积却越来越小。尽管近年来处理器的晶体管数目继续如摩尔定律所揭示的那样每隔18个月翻一倍，但是换来的结果并不是直接的处理器性能增加一倍，造成这种现象的主要因素就是处理器的功耗预算是一定的，而这有限的功耗预算不足以让处理器的大部分晶体管工作，最终就导致了“利用墙”、“功耗墙”问题的出现。尤其是在移动设备领域，处理器能够使用的功耗预算更加有限，使得这个问题成为了限制移动设备性能的最主要因素。 目前主要有两类方法解决“利用墙”、“功耗墙”问题。其一是根据需求定制ASIC，这种方法简单有效，但是有明显的缺陷，就是ASIC只能运行特定的软件，即使对该特定软件进行微小的升级也意味着芯片报废，若要继续使用就需要重新定制芯片，尤其在软件升级频繁的情况下会大大增加使用者的成本。另外一类方法就是为特定领域设计硬件加速器，这种方法对于处理器功耗使用效率有明显的提升，，即使软件升级了也不会大幅影响处理器性能，而且它还能运行普通程序，据此本文提出了一种基于硬件加速器的通用处理器架构设计。 设计基于加速器的通用处理器架构主要面临两个主要的问题。第一个问题是如何确定需要集成到片上的加速器的种类和数量已达到对应用程序最大的覆盖率。第二则是编程模型，即众多的加速器采用何种方式集成到片上，编程人员如何使用它们让程序运行时更加高效。为解决这两个问题，我们将设计一种全新的多加速器架构，在针对特定领域的应用时在应用性和功耗之间取得平衡，在保证编程模型简单可靠的情况下提高加速器对应用的覆盖率，达到较好的加速比，有效解决“利用墙”、“功耗墙”问题。 考虑到Openrisc是开源的CPU架构，且拥有完整的工具链可用，本设计选用Openrisc为整个SoC的核心处理器。文中研究了Openrisc的核心部分、数据和指令高速缓存、数据和指令MMU、可编程的中断控制器、定时器、电源模块、调试模块等，还研究了Wishbone总线。紧接着提出了基于FFT算法的IP核设计，着重介绍了IP核的结构、功能验证、上板测试、加速比等。最终得出的结论，在同样的CPU架构之下运行同样的算法，有FFT IP核的CPU比没有FFT IP核的CPU运行时间大大缩短，这样就通过缩短CPU对相同代码运行的时间来减少CPU的功耗。后期会将IP核与Openrisc较好的耦合在一起，通过编译器来识别符合加速的代码段，以最大效率的发挥加速器的作用，这样程序员便无须了解硬件架构，可以根据实际需要灵活的书写代码。
【关键词】：Openrisc OR1200 Wishbone FFT 加速器
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP332
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 前言10-14
• 1.1 选题背景及研究意义10
• 1.2 ASIC10-11
• 1.3 FPGA11-12
• 1.4 小结12
• 1.5 文章节安排12-14
• 第2章 几种常用开源 CPU14-18
• 2.1 CPU 概述14-15
• 2.2 常用开源微处理器15-18
• 2.2.1 OPENSPARC15-16
• 2.2.2 LEON16-17
• 2.2.3 OPENRISC17-18
• 第3章 OR1200 架构18-35
• 3.1 OR1200 架构18-24
• 3.1.1 CPU 核心18-20
• 3.1.2 数据和指令高速缓存20
• 3.1.3 数据与指令 MMU20-21
• 3.1.4 可编程的中断控制器21
• 3.1.5 Tick 定时器和计时器模块21-22
• 3.1.6 电源管理模块22-23
• 3.1.7 调试单元23
• 3.1.8 时钟和复位23-24
• 3.1.9 Wishbone 接口24
• 3.2 Wishbone 片上总线24-30
• 3.2.1 Wishbone 简介24-25
• 3.2.2 Wishbone 的接口信号定义25-27
• 3.2.3 Wishbone 的互联类型27-28
• 3.2.4 Wishbone 的总线操作28-30
• 3.2.5 Wishbone 小结30
• 3.3 OR1200 的 IO 接口30-33
• 3.4 OR1200 的存储系统33-35
• 第4章 FFT IP 核设计与验证35-56
• 4.1 软件环境35-37
• 4.1.1 代码调试工具 GDB35-36
• 4.1.2 编译工具 GCC36
• 4.1.3 程序分析工具 Pin36-37
• 4.2 硬件环境37-41
• 4.3 FFT IP 核设计与验证41-54
• 4.3.1 FFT IP 核设计42-49
• 4.3.2 仿真49-53
• 4.3.3 加速比53-54
• 4.4 小结54-56
• 结论56-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-60
• 攻读学位期间取得学术成果60-61
• 个人简介61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 杨yN罡,王汝赡,李元景;利用小波滤波方法对γ能谱进行处理[J];核技术;2002年04期

  本文关键词：基于Openrisc的可重塑芯片设计，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：393050