探究基于altivec技术的向量处理单元的结构研究

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1、西北工业大学硕士学位论文基于AltiVec技术的向量处理单元的结构研究姓名：黄小平申请学位级别：硕士专业：计算机系统结构指导教师：樊晓桠20060301捅望本文结合西北工业大学航空微电子中心所承担的“十五”国防预研项目：项目编号：41308010108，在该项目当中，作者负责高性能嵌入式微处理器“龙腾R2”的定点主控部件的设计和验证，同时在该项目的基础上，作者对在“龙腾”系列处理器上引入向量处理功能进行了深入的研究，提出了“龙腾”系列处理器上向量处理单元的实现结构，并对该结构进行了简要的性能评价。作者的主要工

2、作如下：1．深入研究PowerPC750微处理器体系结构，完成了“龙腾R2”微处理器定点主控部件的设计和验证。“龙腾R2”处理器实现了与PowerPC750处理器全兼容，主频达到233Mhz。2．在“龙腾R2”微处理器定点主控部件设计的基础上，作者对Motorola公司的提出的在PowerPC体系结构上扩展向量处理功能的AltiVec技术进行了深入的研究，包括其指令集，操作数类型，寻址方式等。相关的研究对在“龙腾”系列处理器中引入向量处理功能进行技术储备。3．作者结合AlfiVec技术以及超标量技术，设计了基

3、于AltiVec技术的“龙腾”系列处理器中向量处理单元的控制通路逻辑结构。该结构每周期可接收2条向量指令，采用5级流水线结构，将动态指令调度技术合理的分配到流水线中，降低了前端体系结构设计对后端物理设计的压力，通过Simplescalar仿真工具，对多媒体基准程序进行仿真，该结构的平均指令吞吐率为1．4。同指令静态顺序执行结构相比，该结构在增加处理器的面积的代价下，获得了较大的性能提高。4．作者根据对AltiVec技术定义的向量数据操作类型的分析和研究，提出了基于AltiVec技术的“龙腾”系列处理器中向量处

4、理单元的数据通路逻辑结构。该数据通路由三部分组成。VPU(向量置换单元)模块负责完成向量数据元素之间的移动和置换操作等；VSFU(简单定点向量处理单元)模块主要完成逻辑运算，加减运算，求极值运算以及循环移位运算等：VCFU(复杂定点向量处理单元)完成与乘法有关的操作以及交叉和操作等。关键字：AltiVec技术，超标量技术，流水线技术，VPU，VSFU，VCFUAbstractBasedontheNationalDefensePreliminaryResearchProject，theauthorisrespo

5、nsibleforthedesignandimplementationofthefixed—pointexecutingunitwhichisthecoreofthe32一bitembededRISCmicroprocessor“LongtiumR2”．Onthefullyunderstandingofthe“Longtium”architecture，TheauthorgivesadeepstudyontheAltiVectechnology,inordertoenhancetheprocessingabi

6、lityofthemultimediadata0ntheserialprocessorsof'‘Longtium”．Theresearchworkofthisdissertationmainlyincludes：1．Systematicallyanalyzeandresearchthehi曲performanceRISCmicroprocessorarchitecture，designthefixed—pointexecutingunitofthe“LongtiumR2”．andpresenttheverif

7、icationmethodoftheunit．2．Basedonthedesign，deeplyresearchtheAltiVectechnology，includingtheISA，dataconventionandaddressingmode，ete．AJlofthatisusefulforintroducingamultimediaprocessingunitonthearchitectureofthe‘‘Longtiunl”architecture．3CombinedtheAltiVectechno

8、logyandthesuperscalartechnology，presentthecontrolpatharchitectureofthevectorunitwhichwillbeimplementedbyAltiVectechnology．Thevectorunitcarlaccepttwoinstructionspercycle，andtheinstructionscanbeexecutedo