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媒体数字信号处理器IP核关键技术研究

作　者: 张奇
导　师: 姚庆栋
学　校: 浙江大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 数字信号处理器媒体处理数据旁路数据搬运精确异常处理
分类号: TP332
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 118次
引　用: 3次
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内容摘要

随着深亚微米工艺的进步和芯片设计技术的发展,将系统集成在一块芯片中成为现实,嵌入式系统设计进入了多处理器系统芯片时代。多媒体应用强有力地推动着芯片产业的发展,其中高灵活性、高性价比的数字信号处理器在媒体处理领域得到了广泛的应用。媒体增强型数字信号处理器核的使用加快了嵌入式系统芯片的开发速度,多核数字信号处理器也已经引起业界的广泛关注。本文作者参与了浙江大学信息与通信工程研究所SoC R&D小组承担的具有自主知识产权的媒体数字信号处理器MediaDSP64的研发工作。作为部分研究成果,本文着重探讨了媒体数字信号处理器IP核中部分关键技术,涉及到处理器微结构设计、数据搬运机制、精确异常处理以及实时操作系统和软件调试应用等多个方面。在DSP微结构设计中,从流水线控制与化解数据冲突出发,对指令流水线执行过程进行抽象化,构建了一个通用的数据旁路模型,同时给出一种较为准确的旁路设计复杂度评估方法。通过旁路模型映射,针对MD64流水线的特点,数据旁路设计采用精简部分旁路、地址寄存器旁路缓存、按需冲突检测等创新思想,有效降低了旁路硬件开销,提高了流水线的执行效率,并且对关键控制信号采用去耦合策略,有效减少了关键路径延时。实验证明这是一种兼顾效率与资源开销的优化设计。本文的通用旁路模型不但适用于复杂标量流水线的旁路设计,而且可以扩展到多发射处理器数据旁路网络的分析。从数据运算与多数据搬运任务的并行性方面,阐述了利用DMA技术实现媒体数字信号处理中数据传输机制的重要性。结合MD64实际存储结构和应用特点,设计实现了一种具有高灵活性、低开销的任务建立与传输模式,高效数据传输,微结构精简紧凑且占用硬件资源较少的多模DMA引擎。最后以嵌入式实时操作系统和软件调试应用为驱动,在MD64数字信号处理器上实现了简单高效的精确异常处理,增强了MD64在程序控制方面的能力,有效地扩展了其应用场合。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-11
第一章绪论  11-19
  1.1 引言  11
  1.2 DSP处理器综述  11-13
    1.2.1 DSP处理器的发展过程  11-12
    1.2.2 DSP处理器的基本特点  12
    1.2.3 DSP处理器的发展趋势  12-13
  1.3 现代典型数字信号处理器  13-16
  1.4 MediaDSP64的特点与应用  16-17
  1.5 本文的内容安排以及主要贡献  17-19
第二章微处理器流水线控制与数据旁路机制研究  19-43
  2.1 流水线效率以及冲突化解  19-21
    2.1.1 结构冲突及其化解  19-20
    2.1.2 控制冲突及其化解  20
    2.1.3 数据冲突及其化解  20-21
  2.2 流水线控制机制模型  21-24
  2.3 流水线数据旁路机制模型  24-28
    2.3.1 相关研究  24
    2.3.2 通用旁路模型的建立  24-27
    2.3.3 旁路设计的复杂度评估  27-28
  2.4 MD64的数据旁路机制设计  28-39
    2.4.1 对应模型的结构分析  29-31
    2.4.2 数据转发  31-35
    2.4.3 冲突检测  35-39
  2.5 方案比较  39-41
  2.6 本章小结  41-43
第三章媒体数字信号处理器存储结构及数据搬运机制研究  43-63
  3.1 处理器存储结构及数据搬运研究的必要性  43-45
    3.1.1 媒体数字信号处理器存储结构  43-45
    3.1.2 数字信号处理器中的DMA技术  45
  3.2 媒体处理的数据存储与搬运特点  45-47
  3.3 基于DMA的数据搬运机制  47-51
    3.3.1 数据搬运任务与数据计算任务的并行性  47
    3.3.2 二维数据信息的搬运  47-49
    3.3.3 多任务层次化的数据搬运  49-50
    3.3.4 DMA的配置启动方式  50-51
  3.4 多模DMA引擎的微结构设计  51-57
    3.4.1 DMA任务控制器设计  51-55
    3.4.2 DMA数据传输单元的实现  55-56
    3.4.3 多模DMA引擎框架  56-57
  3.5 实验数据及评测  57-61
    3.5.1 任务开销评测  58-59
    3.5.2 数据传输效率评测  59-60
    3.5.3 硬件综合数据  60-61
  3.6 本章小结  61-63
第四章基于DSP的异常处理机制与应用研究  63-87
  4.1 DSP的嵌入式应用  64-66
    4.1.1 嵌入式实时操作系统  64-65
    4.1.2 软件调试工具  65-66
  4.2 MD64硬件资源  66-68
    4.2.1 MIPS兼容性指令集  66
    4.2.2 RISC/DSP流水线构架  66-67
    4.2.3 系统协处理器  67-68
  4.3 流水线上精确异常机制  68-80
    4.3.1 精确异常的实现方案  69-74
    4.3.2 MD64异常流水线设计  74-80
  4.4 中断控制与处理方式  80-83
    4.4.1 MD64中断源  80-81
    4.4.2 中断控制  81-83
    4.4.3 中断处理方式  83
  4.5 实验结果、性能评估与应用验证  83-85
  4.6 本章小结  85-87
总结与展望  87-89
参考文献  89-93
作者攻读硕士期间发表的论文  93
作者攻读硕士期间参加的科研工作  93-95
致谢  95

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