高性能数字信号处理器设计和实现论文

《高性能数字信号处理器设计和实现论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、上海交通大学硕士学位论文高性能数字信号处理器的设计与实现摘要数字信号处理器（DigitalSignalProcessor）是对数字信号进行实时高速处理的微处理器。在数字信号处理领域，数字信号处理器具有高效能，低功耗和成本，好的指令执行效率。在当今的数字化时代背景下，DSP已成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础部件。本文讨论了具有通用指令集的高性能16位通用数字信号处理器aDSP的架构设计与实现。aDSP集成了超哈佛存储结构，具有1条程序总线和5条数据总线，内部采用了12条超深度流水线，2路超长指令字（V

2、LIW）并行流水线，具有完整的流水线互锁保护机制，同时集成两个40位的乘累加单元，单周期可以执行2次乘累加操作，具有强大的数字信号处理功能。文章重点讨论了在此处理器的架构设计与实现过程中所采用的硬件架构，主要包括多路超哈佛存储结构设计、标准的复杂指令集（CISC）流水线的运算资源融合、两路VLIW并行流水线的运算单元融合、低功耗停时钟技术在流水线保护中的应用等新型的设计技术，在面积、功耗、性能和主频上面进行了有效的折衷设计。在流水线互锁保护机制设计中，讨论了几种低功耗设计方法的优缺点，最终针对处理器的流水线特点

3、和性能需求提出了自己的流水线停时钟方案，将低功耗设计融入到了流水线保护机制中，最终的功耗仿真结果表明，处理器功耗得到了有效的控制；由于处理器的指令集属于复杂指令集系统，所以流水线设计相当复杂，需要合并共享的硬件运算资源以减少复杂度，通过细分指令类型和融合两路的VLIW指令通道，最终将处理器的流水线划分为三条分支流水线，同时将指令译成微操作码进行融合，有效地降低了复杂度；在处理器的数据通路设计中，针对一些特殊的运算路径，提出了新的硬件实现方案并进行优化，最终取得了较好的效果，使得处理器的关键路径并没有出现在数据通

4、路中；在处理器的超哈佛存储结构中，集成了6条总线对存储器模块进行访问。最终的RTL仿真结果表明，处理器的指令吞吐率可以达到0.52条指令/周上海交通大学硕士学位论文期，两路的VLIW设计给处理器带来了6.72%的性能改进，同时由于超哈佛存储结构的引进，大幅度降低了存储器访问冲突的概率。基于中芯国际的0.18um工艺库，使用Synopsys公司的Galaxy平台对处理器进行了后端设计，最终的物理参数表明，通过引入低功耗设计技术，在增加了1%的硬件面积后，将aDSP处理器的功耗控制在0.3-0.45mW/MIPS，

5、相对于实验室前几个项目取得了较大的改进；处理器核的面积为200万平方微米；处理器主频在0.18um下为90MHz。关键词:数字信号处理器，门控时钟，超深度流水线，超长指令字上海交通大学硕士学位论文TheDesignandImplementationofHigh-PerformanceDigitalSignalProcessorABSTRACTDigitalSignalProcessorisareal-timeandhigh-speedprocessingunitfordigitalsignals.Inthed

6、igitalprocessingfield,DSPcanachievehighperformance,lowpowerandcost,goodefficiencyforexecutinginstructions.Ithasbeenwidlyusedintelecommunications,computersandcosumingelectronicsatthecurrettime.Thethesispresentsanarchitecturedesignandimplementationof16-bitgene

7、ral-purposeDSPwhichhasgeneralinstructionset.aDSPhassuperHarvardarchitectureconsistsoffivedatabusesandoneprogrambus.Thepipelineis12stagesdeep,2-wayVLIWwideandtheresourceconflictiscompletelyresolvedbyhardwaremechanism.Ithastwo40-bitMACunitsandcanexecutetwoMACo

8、perationspercycle.ThethesisfocusesontheinnovativehardwareimplementationsofaDSParchitecture.ItmainlyincludesthesuperHarvardmemoryarchitecture,processingunitsharingofCSICinstructionset,processingu