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X型DSP指令部件的设计与实现

作　者: 余鹏
导　师: 孙永节
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 软件工程
关键词: 取指部件指令译码和控制部件中断指令译码矩阵PLA 指令部件功能验证中断系统验证
分类号: TP368.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 31次
引　用: 1次
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内容摘要

X型DSP是一款高性能、低功耗16位定点数字信号处理器芯片。采用先进的改进型哈佛结构(一条程序存储器总线、3条数据存储器总线和4条地址总线),CPU内核设计了乘加(MAC)、比较,选择,存储单元(CSSU)等专用功能部件,片内集成大量的存储器和丰富的外设,采用高度专业化的指令集,特别适合便携式和嵌入式应用。本人有幸作为参研者之一全程参与了该DSP研制的全过程,承担并出色完成了其指令控制和中断控制部件的设计与实现。本文在深入研究X型DSP指令系统和微体系结构的基础上,给出了X型DSP指控部件的优化实现结构,并分取指、译码和控制等几个部分详细介绍了指控部件的逻辑设计和验证。译码矩阵PLA是指控部件的关键电路,用于实现由操作符到微控制信号的转换。PLA设计的优劣对指控部件面积、速度和功耗等性能指标影响很大。本文采用全定制方法,在0.25μm CMOS工艺下设计实现了X型DSP指令部件的译码矩阵PLA,详细介绍了译码矩阵的逻辑、电路和版图的设计与验证,并进行了性能分析。中断作为指令控制的重要组成部分,其性能的高低直接影响流水线的运行性能。速度是体现其性能的一个重要方面,本文深入研究了多种中断技术的实现方法,设计并实现了一种可以快速响应的中断系统。本文最后对指令部件进行了模块级的功能验证以及中断系统的验证,模拟验证结果表明指令部件的设计完全满足X型DSP芯片的设计要求,经投片证明已获得良好的效果。

全文目录

摘要  11-12
ABSTRACT  12-13
第一章绪论  13-19
  §1.1 课题研究背景  13
  §1.2 相关研究  13-17
    1.2.1 DSP的发展历程  14-15
    1.2.2 DSP芯片的主要特点  15-16
    1.2.3 DSP的技术展望  16-17
  §1.3 本文的主要工作  17
  §1.4 本文的结构  17-19
第二章 X型DSP体系结构概述  19-27
  §2.1 X型DSP的指令集结构  19-21
    2.1.1 指令格式  19
    2.1.2 数据寻址方式  19-20
    2.1.3 指令系统的分类  20-21
  §2.2 X型DSP流水线的结构和功能  21-23
    2.2.1 X型DSP的流水线结构介绍  22
    2.2.2 X型DSP流水线操作  22-23
  §2.3 功能部件组成  23-27
    2.3.1 CPU内核  23-24
    2.3.2 总线控制器  24-25
    2.3.3 片内存储器  25-26
    2.3.4 片内外设  26-27
第三章 X型DSP指令部件的设计与实现  27-49
  §3.1 指令部件的基本原理和总体结构  27-28
    3.1.1 指令部件的基本原理  27-28
    3.1.2 X型DSP指控部件总体结构的设计  28
    3.1.3 中断与指令控制  28
  §3.2 取指部件(IF)的设计与实现  28-32
    3.2.1 取指部件(IF)的功能概述  29
    3.2.2 取指部件各子模块的设计  29-32
      3.2.2.1 程序地址生成(PG)模块的设计  29-31
      3.2.2.2 程序地址发送(PS)模块的设计  31-32
      3.2.2.3 程序读取(PR)模块的设计  32
  §3.3 指令译码和控制(CC)部件的设计与实现  32-37
    3.3.1 指令译码和控制(CC)部件的功能概述  32-33
    3.3.2 指令译码和控制(CC)部件各子模块的设计  33-37
      3.3.2.1 指令分离(IS)模块的设计  33
      3.3.2.2 操作符控制(OC)模块的设计  33-34
      3.3.2.3 操作数处理(OD)模块的设计  34-37
  §3.4 快速响应中断系统的设计与实现  37-49
    3.4.1 X型DSP中断系统的工作原理和总体设计  37-39
    3.4.2 中断系统各子电路的设计和优化  39-48
      3.4.2.1 置/清标志位电路的设计  39-41
      3.4.2.2 排队判优电路的设计  41-45
      3.4.2.3 向量地址编码电路的设计  45-48
    3.4.3 中断和流水线  48-49
第四章指令译码矩阵PLA的设计与实现  49-59
  §4.1 可编程逻辑阵列(PLA)的基本原理  49-50
  §4.2 指令译码矩阵PLA的总体结构设计  50-51
  §4.3 各模块的设计与实现  51-59
    4.3.1 存储体单元的设计  51-52
    4.3.2 全局时序控制单元的设计  52-53
    4.3.3 自定时技术的实现  53-56
    4.3.4 与阵列字线译码单元的设计  56
    4.3.5 与阵列位线预充电和或阵列字线控制单元的设计  56-57
    4.3.6 或阵列位线预充电和数据读出单元的设计  57-59
第五章指令部件的设计验证  59-70
  §5.1 指令部件功能验证  59-65
    5.1.1 PG模块的功能验证  60-61
    5.1.2 PS模块的功能验证  61
    5.1.3 PR模块的功能验证  61-62
    5.1.4 IS模块的功能验证  62-63
    5.1.5 OC模块的功能验证  63-64
    5.1.6 OD模块的功能验证  64-65
  §5.2 中断系统的验证  65-70
    5.2.1 硬件中断的验证  65-66
    5.2.2 软件中断的验证  66
    5.2.3 多中断的验证  66-67
    5.2.4 中断延迟的验证  67-70
      5.2.4.1 单重复指令与中断延迟的验证  67-68
      5.2.4.2 保持模式与中断延迟的验证  68
      5.2.4.3 RSBX和SSBX指令与中断延迟的验证  68-70
第六章结束语  70-72
  §6.1 课题工作总结  70
  §6.2 未来工作展望  70-72
致谢  72-73
参考文献  73-75
攻读硕士期间发表的论文  75

X型DSP指令部件的设计与实现

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