基于PowerPC SoC架构的高层次仿真平台设计

发布时间：2017-08-13 18:36

  本文关键词：基于PowerPC SoC架构的高层次仿真平台设计

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【摘要】：基于ESL(ESL, Electronic System Level)的SoC设计可以快速地搭建硬件平台，并快速开发/验证软件应用程序，进而确定系统的最优架构，实现SoC的软硬件的协同设计。ESL设计包含两种技术，一种是基于事务级建模的方法，该方法可利用SystemC语言对硬件模块的行为进行精确建模，并以此完成系统验证及设计空间探测，但精确的建模导致所描述的硬件平台仿真速度过慢，无法运行规模较大的系统/应用软件，，如操作系统，高清视频解码等。另一种方法为虚拟机技术，侧重于对硬件功能的描述。因此，仿真速度较快，可运行操作系统等大规模系统或应用软件，但是过粗的建模精度导致无法对SoC架构的优劣进行评估。如何综合以上两种方法的优点，在保证ESL设计精度的同时提高仿真速度已成为SoC设计方法学领域所关心的问题。 PowerPC架构被公认为第二代高性能精简指令集计算机的代表，但是目前市场缺少基于PowerPC SoC架构的仿真平台。因此，本文提出并设计一种面向PowerPC SoC架构的高层次混合仿真平台。首先，由于处理器架构相对固定，通常设计者仅仅关心处理器运行程序功能的正确性，所以，本文利用QEMU虚拟机的动态二进制翻译的方法针对PowerPC405系列处理器进行了指令集仿真器的设计，并对现有指令集进行扩展，移植向量指令集altivec，扩大了该平台的应用范围。然后，基于SystemC事务级建模方法，完成了对从设备模块，中断模块、DCR寄存器等PowerPC SoC中关键组件的精确建模，准确地模拟了SoC的硬件行为。最后，在所设计的PowerPC SoC仿真平台基础之上，设计了软件的开发流程，实现了SoC的软硬件协同设计。
【关键词】：片上系统 电子系统级设计 事务级建模 PowerPC 指令集仿真器 虚拟机
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP332;TP391.9
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-12
• 1.1 SoC 发展8-9
• 1.2 仿真平台的应用9-10
• 1.3 虚拟机技术10
• 1.4 PowerPC 简介10
• 1.5 课题意义10-11
• 1.6 本论文组织结构11-12
• 第二章 相关工作介绍12-18
• 2.1 QEMU 介绍12
• 2.2 动态二进制翻译12-14
• 2.3 PowerPC 指令架构14-15
• 2.4 Rabbits 高层次仿真平台设计15-18
• 第三章 PowerPC 混合仿真平台架构设计18-34
• 3.1 基于 QEMU 的 PowerPC 指令集仿真器设计18-21
• 3.1.1 指令集仿真器与平台交互18-19
• 3.1.2 PowerPC 处理器的移植19-20
• 3.1.3 错误调式20-21
• 3.2 平台设计21-27
• 3.2.1 地址映射设计21-22
• 3.2.2 访问 DCR 寄存器指令的设计22-23
• 3.2.3 外围从设备设计23-27
• 3.3 中断机制设计27-30
• 3.4 应用程序开发30-33
• 3.4.1 功能函数设计30-31
• 3.4.2 链接脚本31-32
• 3.4.3 makefile32-33
• 3.5 其他设计33-34
• 第四章 Altivec 向量指令集扩展34-42
• 4.1 寄存器定义34-36
• 4.1.1 通用向量寄存器设计34-36
• 4.1.2 向量状态寄存器36
• 4.1.3 向量寄存器保存寄存器36
• 4.2 向量指令集扩展36-42
• 4.2.1 指令提取36-37
• 4.2.2 指令表37
• 4.2.3 译码流程37-38
• 4.2.4 向量指令集扩展38-42
• 第五章 仿真平台测试结果42-52
• 5.1 二进制指令42-43
• 5.2 应用程序测试43-46
• 5.3 DCR 指令测试46-47
• 5.4 中断程序实验结果47-49
• 5.5 向量指令集扩展实验结果49-52
• 第六章 总结和展望52-54
• 6.1 总结52-53
• 6.2 展望53-54
• 参考文献54-57
• 发表论文和参加科研情况说明57-58
• 致谢58

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 李剑慧;马湘宁;朱传琪;;动态二进制翻译与优化技术研究[J];计算机研究与发展;2007年01期

2 蔡嵩松;刘奇;沈海华;章隆兵;;跨平台系统级虚拟机的访存优化[J];计算机研究与发展;2012年S1期

3 董文辉,刘明业;SystemC2.0的事务级建模[J];计算机工程;2004年14期

4 邢文峰,姚庆栋,史册,高磊;一种高速灵活的指令仿真器[J];计算机工程;2004年22期

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6 李曦;仲力;高妍妍;;周期精确ASIP仿真器生成环境的研究[J];计算机仿真;2008年05期

7 王志刚;李曦;周学海;余洁;;可重定向的定制指令集处理器(ASIP)仿真技术研究[J];系统仿真学报;2007年06期

本文编号：668768