Matrix2可配置标量数据存储器的设计及实现

发布时间：2017-07-02 01:10

  本文关键词：Matrix2可配置标量数据存储器的设计及实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：Matrix2是课题组为满足面向现代高性能应用和嵌入式应用等多样化需求开发的一款高性能多核DSP芯片内核;该微处理器内核具有创新的自主知识产权的指令集体系结构;采用了VLIW技术和标、向量单元并行的微体系结构,以开发更多的指令级并行(ILP)、数据级并行(DLP),获得较高的峰值运算性能。如何为其设计高效灵活、满足要求的片上标量数据存储器是Matrix2研制中面临的巨大挑战。本文基于Matrix2微处理器总体结构和专项应用需求,针对内核标量运算部件对标量数据的访存特点,设计实现了可供程序员动态配置的内核标量数据存储器SM,本文的主要工作和关键技术具体从以下几个方面展开:1.首先根据Matrix2功能及微体系结构,设计了标量访存指令集,该指令集支持半字、字、双字、四字等多种数据粒度访存操作以及可配置的线性、循环等寻址模式。2.为支持多种应用需求,提出了可配置的标量数据存储器的设计方案和总体结构,支持程序员对标量数据存储器进行L1DCache/SRAM工作模式、Cacheable/Un-Cacheable动态可配置。3.基于L1DCache配置,实现了L1DCache访存控制器,提出了基于程序员可编程管理的数据一致性维护机制。4.基于片上SRAM配置,按高、低位交叉方式组织多个存储体,既满足与L1DCache存储体共享,又能为DMA的读、写并行访存提供足够带宽,减少标量访存请求和DMA请求的访存冲突。5.设计了L1DCache/SRAM标量访存流水线共享的控制器SMC;实现对标量访存译码、地址计算、数据写回等功能流水线的控制。最后本文先后搭建了SM模块级、单核系统级验证环境,进行层次化功能验证,代码覆盖率达到100%,保障了SM功能正确;采用某厂家40nm工艺库对设计进行逻辑综合与时序优化,性能满足设计需求。
【关键词】：L1DCache SRAM DSP 数据一致性 可配置
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要10-11
• Abstract11-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 研究背景与课题意义12-16
• 1.1.1 多核成为高性能DSP发展主流12-15
• 1.1.2 项目背景与意义15-16
• 1.2 DSP片上存储结构研究16-20
• 1.2.1 层次化存储16-18
• 1.2.2 便签式存储18-20
• 1.3 本文所做的主要工作20-21
• 1.4 论文的组织结构21-22
• 第二章 Matrix2标量存储器总体设计22-32
• 2.1 Matrix2结构概述22-23
• 2.2 标量存储器总体设计23-26
• 2.2.1 标量存储器设计需求24
• 2.2.2 标量存储器总体结构24-26
• 2.3 标量访存指令的设计26-31
• 2.3.1 指令寻址模式设计26-27
• 2.3.2 标量访存指令功能27-29
• 2.3.3 标量指令格式编码29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 可配置流水线的设计与控制32-57
• 3.1 标量访存流水线设计32-35
• 3.1.1 标量访存流水线划分32-33
• 3.1.2 标量访存功能模块33-35
• 3.2 标量访存控制器35-41
• 3.2.1 SMC控制实现36-39
• 3.2.2 SMC容错机制39-41
• 3.3 可配置存储体设计与模式切换41-46
• 3.3.1 Cache/SRAM存储体结构设计41-44
• 3.3.2 配置模式切换设计44-46
• 3.4 SRAM流水线设计46-53
• 3.4.1 SRAM总体结构与功能概述46-47
• 3.4.2 SRAM访存流水线设计47-48
• 3.4.3 SRAM访存仲裁控制器48-51
• 3.4.4 SRAM访存性能评估51-53
• 3.5 外设访存流水线设计53-55
• 3.6 本章小结55-57
• 第四章 L1DCache的设计与实现57-70
• 4.1 L1DCache总体设计57-59
• 4.2 L1DCache流水线设计59-63
• 4.2.1 访存命中判断59-61
• 4.2.2 可配置Un-Cacheable访存61-62
• 4.2.3 请求缺失处理62-63
• 4.3 可编程的数据一致性维护机制63-67
• 4.3.1 可编程的数据一致性维护机制63-64
• 4.3.2 支持访存和作废管理的并行硬件结构64-67
• 4.4 写回效率比较67-68
• 4.5 本章小结68-70
• 第五章 功能验证与逻辑综合70-84
• 5.1 功能验证概述70-71
• 5.2 模块级功能验证71-76
• 5.2.1 搭建测试平台71-72
• 5.2.2 功能点验证72-76
• 5.3 系统级功能验证76-80
• 5.4 逻辑综合与优化80-83
• 5.5 本章小结83-84
• 第六章 总结与展望84-86
• 6.1 论文总结84-85
• 6.2 工作展望85-86
• 致谢86-88
• 参考文献88-92
• 作者在学期间取得的学术成果92

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1 许奥利;Matrix2可配置标量数据存储器的设计及实现[D];国防科学技术大学;2014年

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本文编号：508093