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高性能DSP取指和指令派发部件的设计与验证

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 DSP发展历史及当前技术

1.3 相关研究工作

1.4 本文主要内容

1.5 本文组织结构

第二章 FT-MX总体结构和指令集组成

2.1 FT-MX总体结构及性能指标

2.2 FT-MX指令集组成

2.3 FT-MX内核结构

2.4 FT-MX内核流水线划分

2.5 本章小结

第三章 FT-MX取指部件的设计与优化

3.1 取指部件的总体结构及相关协议

3.2 取指部件关键技术及优化

3.3 取指部件的代价及性能评估

3.4 本章小结

第四章 FT-MX指令派发部件设计与优化

4.1 指令派发总体结构及相关协议

4.2 指令派发关键逻辑及其优化

4.3 指令派发部件的代价及性能评估

4.4 本章小结

第五章 FT-MX取指与派发部件的验证

5.1 FT-MX内核系统级验证方法

5.2 FT-MX内核取指与派发覆盖率验证

5.3 FT-MX取指与指令派发基于SVA的验证

5.4 本章小结

第六章 结束语

6.1 本文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果

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摘要

随着计算机和集成电路技术的不断发展,数字信号处理器应运而生并得到广泛应用,有利地促进了我国信息技术的提升,并给人们日常生活带来了巨大的便利。自TI公司第一代通用DSP诞生以来,数字信号处理器技术越来越成熟,多核高性能并支持 SIMD(单指令多数据流)多宽度发射的数字信号处理器不断涌现,其中处理器内核设计成为提高DSP运行速度、数据处理能力的主要技术瓶颈。本文基于一款自主研发的采用超长指令字结构并支持16/32位指令并行派发的高性能DSP FT-MX,对芯片内核取指与指令派发部件作了详细的设计与验证。其中提到的指令预取、指令缓冲队列、跨边界指令并行派发等内核技术对提高DSP主频及代码密度具有重要意义,具体完成了以下五个方面的工作和创新:
  (1)根据 FT-MX总体结构及指令集提出了内核指令控制部分取指和指令派发部件的设计方案和需求,并在内核结构和流水线的基础上分析了取指和指令派发部件的主要功能点。
  (2)完成了DSP内核指令控制部分指令派发部件的设计,该部件可以实现跨边界指令的派发、旁路取指,并支持仿真调试部件的读写操作。
  (3)完成了内核指令控制部分取指部件的设计,包括缓冲地址的生成、流水线填充、地址作废以及取指部件和指令派发部件、一级指令Cache等之间的协议,该工作对提高流水线运行效率具有重要作用。
  (4)利用Synopsys公司工具对内核取指和指令派发部件进行了DC综合和结果分析,有利于相关部件的进一步优化。
  (5)在当前的验证技术基础上搭建验证平台,对指令控制部分取指与派发作了详细的系统级验证以及覆盖率验证,根据取指与派发部件的功能建立Systemverilog模型、构造约束断言并对其进行等价性检查,提高了验证的完备性。

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