《高性能dsp一级数据cache控制器的设计与实现》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高性能dsp一级数据cache控制器的设计与实现（68页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、国防科学技术大学 硕士学位论文 高性能DSP一级数据Cache控制器的设计与实现 姓名：曹飞 申请学位级别：硕士 专业：软件工程 指导教师：陈书明 20090701 国防科学技术大学研究生院学位论文 摘要 数字信号处理器( D i g i t a lS i g n a lP r o c e s s o r , D S P ) 是一种专门用于数字信号处理的处理 器，是数字处理系统的心脏。D S P 自问世以来得到了快速的发展，已在通信、军事、家电 等各个领域得到了广泛的应用。而片内存储系统对D S P 性能的影响甚大。如何提高存储子 系统的性能是微处理器设计者必须解决的关键问题。C a c h
2、e 作为提高存储子系统性能的一 种有效途径，其组织结构与设计是当前体系结构设计的研究热点之一。 Y H F T - D X 是国防科技大学计算机学院微电子研究所自主研发中的一款高性能定点3 2 位D S P ，采用超长指令字( V L l w ) 技术，一个周期内最多可以发射8 条指令。C P U 预期 主频为6 0 0 M H z ，峰值运算速度为4 8 0 0 M I P S 。作者参与了Y H F T - D XD S P 的设计，主要负 责一级数据C a c h e 控制器( L 1 D ) 的设计与实现，并进行了充分的验证。 论文主要的工作体现在以下几个方面： 分析了Y H F T
3、- D XD S P 的体系结构和片内两级存储结构，研究了现代C a c h e 的设计技 术，针对Y H F T - D XD S P 的特点设计了一种基于分体控制的跨边界存储访问技术。 完成了L 1 D 的设计与实现。设计了5 站流水线来高效完成L o a d 和S t o r e 操作，其中 S t o r e 操作只需要在前3 站就可以完成。在每一站的流水操作中，出色的完成了存储体的分 体控制、大小端数据传输模式的实现、跨边界存储访问等关键技术。利用侦听机制来维护 L 1 D 与下层存储器数据一致性。 完成了L 1 D 从模块级到系统级的功能验证。开发了功能丰富的测试码以保证各种类型
4、和各种情况的L o a d 和S t o r e 指令能够正确完成。并且在系统级运行了典型的算法程序，如 M P E G - 4 、H 2 6 4 等，并进行了覆盖率分析。 完成了L I D 的综合与优化，对综合后出现的关键路径进行分析，运用多种优化策略如 逻辑结构调整、平衡站间逻辑、全定制与半定制结合等，最终消除了关键路径，使整个设 计达到综合目标。采用X 厂家提供的O 1 3 u r n 的低阈值库，在T y p i c a l 环境下( 温度为2 5 摄氏度，电压为1 2 伏) ，综合后网表的路径延迟不超过1 2 6 n s ，达到了预期的设计目标。 关键字：D S P ，Y H F T
5、 - D X ，C a c h e ，L I D ，L o a d ，S t o r e ，跨边界存储访问，验证，综 合优化 第v i i 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 A b s t r a c t D S P ( D i g i t a lS i g n a lP r o c e s s o r ) i sak i n do fp r o c e s s o r f o rd i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n g ，w h i c hi s t h ek e yo fd i g i t a ls i g n a lp r o c e s
6、 s i n gs y s t e m D S Ph a sb e e nd e v e l o p e df a s ta n da p p l i e dw i d e l y a f t e rb e i n gi n v e n t e d I ti sa p p l i e dw i d e l yi nm a n yf i e l d s ，s u c ha sc o m m u n i c a t i o n ，m i l i t a r ya n d h o u s e h o l da p p l i a n c e s 1 1 1 eo r g a n i z a t i
7、o no fo n - c h i pm e m o r ys y s t e ma f f e c t sD S P Sp e r f o r m a n c e a l o t S ot h em e m o r ys u b s y s t e mb e c o m e sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t T h eC a c h et e c h n o l o g yi So n e o ft h ev a l i dm e t h o d st os o l v et h i sp r o b l e m Y H F T D XD S Pi
8、sa3 2 - b i tf i x e d p o i n th i g hp e r f o r m a n c eD S Pb e i n gd e s i g n e db yN U D T I t s a r c h i t e c t u r ei Sv e r yl o n gi n s t r u c t i o nw o r d ( V L I W ) a n dC a ni s s u e8i n s t r u c t i o n si nac y c l e I t s C P Uw i l lr u na tt h ef r e q u e n c yo f6 0 0
9、 M H za n dd e l i v e r4 8 0 0M I P S T h ea u t h o rh a st a k e np a r ti n t h ed e s i g no fY H F T D XD S P ，a n dw a sm a i n l yr e s p o n s i b l ef o rt h ed e s i g n i n g ，i m p l e m e n t a t i o na n d v e r i f i c a t i o no fl e v e l o n ed a t ac a c h ec o n t r o l l e r T
10、h er e s e a r c hw o r ko ft h i sd i s s e r t a t i o nm a i n l yi n c l u d e sa sf o l l o w s T h i St h e s i sa n a l y s e st h eY H F T D XD S Pa r c h i t e c t u r ea n dt w o - l e v e lm e m o r ys t r u c t u r e s ，a n d d o e ss o m er e s e a r c ho nt h em o d e mc a c h ed e s i
11、 g nt e c h n i q u e s F o rt h ec h a r a c t e r i s t i c so fY H F T - D X D S P ，t h ea c c e s st e c h n o l o g yo fm i s a l i g n e dm e m o r yb a s e do ns e p a r a t e 。m e m o r yc o n t r o l l i n g1 S d e s i g n e d 1 1 1 ed e s i g n i n ga n di m p l e m e n t a t i o no ft h e
12、L1Da r ec o m p l e t e d F i v eS t a t i o np i p e l i n ei S d e s i g n e dt oa c h i e v ee f ! f i c i e n to p e r a t i o no fL o a da n dS t o r e ，a n dt h eS t o r eo p e r a t i o no n l yr e q u i r e d t ob ec o m p l e t e do nt h ef i r s tt h r e ec y c l e s S o m et e c h n o l o
13、 g i e sa r ea c h i e v e de x c e l l e n t l y ，s u c ha st h e s e p a r a t e m e m o r yc o n t r o l ，t r a n s m i s s i o nm o d ea n dm i s a l i g n e dm e m o r ya c c e s sa te a c hs t a t i o no f p i p e l i n eo p e r a t i o n U s i n go fs n o o pm e c h a n i s ms a f e g u a r d
14、 st h ec o n s i s t e n c y o fl o w e rm e m o r y T h ef u n c t i o n a lv e r i f i c a t i o nf r o mt h em o d u l et ot h es y s t e m l e v e lo fL 1Di Sf i n i s h e d A f e a t u r e r i c ht e s tc o d ei Sd e v e l o p e dS Ot h a ta 1 1c a s e so ft h eL o a da n dS t o r ei n s t r u
15、c t i o n sC a nr u n c o r r e c t l y A n dt h et y p i c a la l g o r i t h m sp r o g r a mr u n si nc h i p l e v e l ，s u c ha sM P E G _ 4 ，H 2 6 4a n d S O o n ，a n da n a l y z ef r o mt h ec o v e r a g e T h eLIDi ss y n t h e s i z e da n do p t i m i z e d I ta n a l y z e st h ec r i t
16、 i c a lp a t ha f t e rs y n t h e s i z i n g ，u s i n g m u l t i - o p t i m i z a t i o ns t r a t e g i e ss u c ha sa d j u s t i n gl o g i cs t r u c t u r e ，b a l a n c i n gs t a g el o g i cs t r u c t u r e ， 如l lc u s t o ma n ds e m i c u s t o mc o m b i n a t i v ed e s i g n ，a n de v e n t u a l l ye l i m i n a t i n gt h ec r i t i c a lp a t h ，S O t h a tt h ed e s i g no fL1Da c h i e v e st h ee n t i r eg o a l A f t e ro p
