主动式内存控制器通用扩展引擎的设计

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1、隶劫大·磐工程硕士学位论文万方数据主动式内存控制器通用扩展引擎的设计专业名称：塞盛电路王握研究生姓名：黄垩导师姓名：奎逑熬授睦蛆主高王2014年5月25日万方数据THEDESIGNOFGENERAI。EXTENDEDENG州EFORACTⅣEMEMORYCONTROLLERAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYHUANGPingSupervisedbyProfessorLIBingAndSeniorEngineerCHENMingyuSchoolofIntegrat

2、edCircuitsSoutheastUniversityJanuary2014万方数据东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：董华日期：苎!生兰：塑东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、

3、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名：整生导师签名日期：五龌。殳Ⅻ万方数据摘要随着处理器运算速度增长迅猛，而内存读写速度增长缓慢，访存性能已成为提高计算机系统性能的瓶颈。由于内存引脚数有限，且单个引脚传输速度受限，高速处理器与低速访存的矛盾本质上并不能完全被解决，但是可以从工艺上或者算法上缓解这种矛盾。因此长期以来如何缓解处理器和存储器性能的差距是计算机体系结构领域的研究热点。计算机访存过程中有许多简单重复

4、的数据读写操作，这些操作占用了大量计算机时间，可以将此类访存操作由特殊的硬件模块执行，从而提高访存效率以及计算机性能。本文基于该思想设计了基于复杂指令(清零、复制和矩阵转置指令)的主动式内存控制器通用扩展引擎模块。该模块目前能够实现对连续内存空间的清零、复制和矩阵转置功能，本文中的内存选用目前使用最多的DDR3(DoubleDataRate)内存。在清零和复制算法中，本文解决了DDR3的地址非8对齐(内存地址信号的低3位非O)问题。在矩阵转置算法中，实现了将待转置矩阵划分为8xN(N为大于等于8的整数)的小矩阵，然后逐个转置每个小矩阵的方法。本文采用砘rilogHDL语言对主动式内存控

5、制器通用扩展引擎模块进行了RTL(RegisterTransferLevel)级实现，利用Mentor公司的Modelsim仿真软件完成了对设计的模块级功能验证。在Vn-tex6ML605开发板硬件环境以及ISE软件环境下，使用Chipscope工具对设计进行板级验证。最后，通过对模块功能仿真结果、FPGA(FieldProgrammableGateArray)板级验证结果以及软硬件执行时间的分析，表明该主动式内存控制器通用扩展引擎模块的功能和性能满足本课题的要求。本文中主动式内存控制器通用扩展引擎模块的清零指令执行带宽为44．4Gbps，相对于软件清零指令来说，能够提高27．77％的

6、性能；复制指令执行带宽为22．68Gbps，相对于软件复制指令来说，能够提高16．76％的性能；矩阵转置指令执行带宽为17．27Gbps，相对于软件矩阵转置指令来说，能够提高61．22％的性能。本文的研究对存储系统性能的提升具有一定的工程参考价值。关键字：存储墙，复杂指令，内存控制器，FPGA，DDR3万方数据——————————————————』!竺AbstractAsthespeedofprocessorgrowsquicklyandthespeedofmemory∞cessgrowsslowly,theperformanceofmemoryacc嚣shasbecomethebot

7、tleneckoftheperformance妇pmvementformodemmlcmprocessors·Becausethepins’numberandthetransmissionspeedofeachpinarelimited．theproblemcan’tbesolvedessentially,butitCanbcanievhtedthroughch币foundry疆a培orithms．Thereforej11melongtcnIl