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基于FPGA的SPARC多核结构设计与实现及并行算法研究

作　者: 肖大力
导　师: 季振洲
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: LEON3 eCos 嵌入式系统异构 DSP
分类号: TP368.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 205次
引　用: 3次
阅　读: 论文下载

内容摘要

目前嵌入式系统已经广泛应用在航天、航空、工业机器人、系统控制等领域,然而,海量数据处理对嵌入式计算系统提出了更高的要求。为了开发更高性能的嵌入式系统,并行计算成为提高嵌入式系统的计算速度和可靠程度的有效手段。本文首先深入的研究了GRLIB IP库的体系结构,开发流程和LEON3处理器的特点,GRLIB IP库是一套符合GPL标准的免费、开源、可重复使用的IP软核库。GRLIB IP库具有高度的可配置性、可扩展性、可移植性和兼容性;其次本文分析了eCos操作系统的体系结构,eCos是一种开放源代码软件,完全免费,无版权限制嵌入式可配置实时操作系统。它支持对称多处理器(SMP)系统,在上面这些分析的基础上,本文的主要工作如下:(1)通过对GRLIB IP库和eCos操作系统的研究分析,提出了嵌入式多核平台的硬件层和软件层设计方案,并设计了嵌入式多核平台的开发流程。利用多核平台提高嵌入式系统的性能。(2)设计了针对嵌入式多核平台特点的并行算法,对Cannon矩阵乘法,快速傅立叶算法,一维离散小波变换进行并行化,并在嵌入式多核平台下进行测试。利用多线程机制提高多核平台的使用性能。(3)设计了基于LEON3处理器和DSP的多核异构结构,并对实现的技术难点进行了讨论。最后在上述研究和设计的基础之上,在Vertix2pro和Vertix4两块开发板上,分别实现基于LEON3处理器的双核和四核平台,通过对并行算法在实际的多核平台上进行测试,得到测试结果数据,验证了基于LEON3处理器的嵌入式多核平台的正确性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章绪论  7-18
  1.1 课题研究的目的与意义  7-8
  1.2 课题背景  8-17
    1.2.1 SOC设计技术及现状  8-9
    1.2.2 国内外开放源代码处理器发展现状  9
    1.2.3 嵌入式操作系统概述  9-12
    1.2.4 并行算法编程模型  12-14
    1.2.5 DSP特点  14-15
    1.2.6 SMP结构特点  15-17
  1.3 论文的主要内容  17-18
第2章嵌入式多核结构分析  18-30
  2.1 GRLIB概述  18-20
  2.2 GRLIB IP库开发流程  20-21
  2.3 LEON系列处理器结构  21-25
    2.3.1 LEON特点  21-23
    2.3.2 LEON的可配置性  23-24
    2.3.3 LEON编码风格  24-25
    2.3.4 LEON应用  25
  2.4 eCos体系结构分析  25-29
    2.4.1 eCos层次结构  25-27
    2.4.2 eCos的源码体系结构  27
    2.4.3 eCos的内核分析  27-29
  2.5 本章小结  29-30
第3章嵌入式多核平台的设计  30-38
  3.1 LEON3 多核平台设计  30-32
    3.1.1 硬件层设计  30-31
    3.1.2 软件层设计  31-32
  3.2 LEON3 多核平台实现  32-37
    3.2.1 eCos嵌入式操作系统的移植  32-33
    3.2.2 GRLIB IP库的配置  33-34
    3.2.3 FPGA实现  34-35
    3.2.4 系统验证  35-37
  3.3 本章小结  37-38
第4章嵌入式多核平台验证算法研究与实现  38-51
  4.1 引言  38
  4.2 验证平台的并行算法设计  38-43
    4.2.1 Cannon算法的并行实现  38-39
    4.2.2 快速傅立叶运算的并行实现  39-41
    4.2.3 一维小波变换运算的并行实现  41-43
  4.3 验证平台的并行算法测试  43-48
    4.3.1 实验平台  43-44
    4.3.2 评测方法  44
    4.3.3 测试结果分析  44-48
  4.4 多核异构结构设计  48-50
  4.5 本章小结  50-51
结论  51-52
参考文献  52-56
攻读学位期间发表的学术论文  56-58
致谢  58

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