文档介绍：浙江大学
硕士学位论文
数字信号处理器的流水结构设计及验证研究
姓名:余巧艳
申请学位级别:硕士
专业:通信与信息系统
指导教师:刘鹏
20050201
摘要
虽然随着生产「艺的进步,位定点处理器的市场比重逐渐增加,但是根据统计,
前销售的处理器以上仍属几位定点处理器。由此可见比特的定点
处理器仍拥有较大的市场,尤其是在对成木和功耗敏感的应用场合史有其优势。在
浙省重大利技计划支持卜,我们开发了位定点数字信号处理器。本文
作为部分研究成果,着重探时了位定点处理器的流水结构设计,解决了采用深度压
缩指令集的处理器竞争检测和消除问题,和开发了功能仿真验证平台
基于核的处理器设计可以很有效得缩短处理器的开发周期,但是这些核的
有效利用和控制成为一大难点。本文提出的集巾控制分散响应的策略以流水级扩展为
例,说明策略有利于流水结构设计的快速调整,基核顶层模块的代码修改率仅为
,流水控制单元的代码修改率也只有而且,策略还有效地均衡了流水控制
单元对各个流水级的控制延时,控制信号延时的方差仅为
处理器引入流水结构不可避免地会导致各种竞争问题的出现,使得处理器无法达
到理想的值。为了开发处理器的并行性和减少存储空间,处理器采用了深度压缩
指令集,但是这类指令集将加剧流水结构竟争的出现频率。基于对深度压缩的指令进行特点
分析,结合深度压缩指令较规架指令难于作数据相关性检测的特点,本文提出了一种分类检
测数据竞争检测方法,它在分层译码和旁路电路作辅助卜,按指令的功能进行并行分类检测。
实验结果证明这种方法不仅能及时检测出数据竟争,产生流水线停顿信号,能准确定位出产
生数据竞争的指令类型,而且比全译码后作数据竞争检测速度提高了
随着处理器的功能越来越强大,设计的复杂度越来越高,相应的验证也就越来越
困难。本文介绍了一种软硬件协同仿真的处理器验证平台。这个验证平台由指令集全
集完备性测试平台、代码高覆盖率测试子平台、形式验证子平台和基于的硬件仿
真子平台组成。指令集全集完备性测试子平台采用了分解指令格式,遍历指令树的方法,保
证该平台产生的测试程序能够以最小的测试矢量验证所有合法的指令,实验结果证明这些测
试程序的接近于基于状态机遍历的验证方法代码高覆盖率测试
子平台,专门针对流水结构处理器的流水机制和复杂的流水控制单元,通过衡量测试
程序的状态机覆盖率,来确保对流水结构的充分的验证。实验结果证明用这种方法生成的测
试程序有的状态机覆盖率,是常用应用程序的倍,相应的
和达到了和,均高于其他的应用程序· 形式验证平台
保证了经过逻辑综合和物理综合后的网表与代码描述网表的功能一致性基于
的硬件仿真子平台,从物理上验证了设计的止确性,为一次流片成功作了最后一道验证,人
大减少了流片的风险。四个验证平台紧密结合,进一步提高了验证的完备性,白动性和可
靠性。
木文的各种设计思想被成功地应用到由浙江省重人科技计划支持的位定点数字信号
处理器的开发中,其频率性能完全达到指标。经芯片流片后测试证明,该
处理器的架构设计的止确性和可靠性,验证平台的灵活性和全面性。
关键词数字信号处理器,流水结构设计,数据竞争,功能验证,测试覆盖率
日
浙江人学硕士学位论文绪论
第一章绪论
引言
数字信号处理器是指利用专用或通的数字信号处理芯片,
以数字计算的方法对信号进行处理。它具有处理速度快,灵活,粘确,抗干扰能力强,体积
小等优点。已经成为一个新的技术领域和独立的学科体系,当前己经形成了有潜力的
产业和市场。
在经历整整二十年的市场拓展之后,所树立的高速处理器地位不仅不可动摇,而
比业已成为数字信息时代的核心引擎。与此同时,的市场正在蓬勃发展。根据
分析家的预测,今年全球销量将达到亿美元,比去年增加约二分之一。
而对于年的预测值,为亿元,并预言未来儿年都将以每年超过的速度
成长。根据权威的分析,中国市场今年可达到亿元人民币,比去年增长约
,未来的增长将可能超过全球的平均速度
业内人士还认为,由于和开始商业运营,宽带无线基础通信系统、电话
系统、多信道调制解调器以及多信道的蓬勃发展,将带动市场迅猛增长。其次,
无线终端通信的巨大增长潜力将进一步加速的应用。第,,原本基于微控制器的家电
应用领域现在越来越多地采川器件,以增加产品的功能和性能。
本章首先介绍了处理器的发展史和应用领域,然后通过比较处理器与其他微
处理器,概述了处理器的特点,并说明处理器独特的架构设计,最后
阐述了应用于处理器的验证策略。
处理器的介绍
处理器的发展简史
人们刘的研究始于世纪年代,此时对系统分立原件组成,主要应用
在军事、航空航天领域。