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基于FPGA的嵌入式系统的研究及设计

作　者: 傅毅
导　师: 须文波
学　校: 江南大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 嵌入式 FPGA Java处理器 ALU
分类号: TP368.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

嵌入式设备在生产和消费领域的应用越来越广泛,它一般是针对某个特定领域,而且对代码执行效率、内存空间占用、功耗等方面有更严格的要求。有必要针对特定应用领域设计不同于通用处理器的硬件平台。随着嵌入式技术的不断发展,嵌入式Java技术随之出现。Java语言具有非常好的平台无关性和可移植性,它使用一种与平台无关的字节码,字节码由Java虚拟机解释执行。实时Java规范(RTSJ)通过对Java虚拟机的实时扩展可以使Java具有较好的实时性,从而应用于实时系统的开发。目前国内外在针对嵌入式实时Java处理器的研究上,重点多在提高系统整体性能而忽视了实时性。本文分析研究了当前嵌入式Java技术及FPGA技术的特点。在实验室里设计的适合低成本FPGA芯片的硬实时嵌入式Java处理器基础上,针对其算术逻辑部件进行优化设计。使它符合该JAVA CPU的实时性要求并适应CPU的进一步扩展需求。通过对FPGA互连线延迟的分析,研究了一种FPGA开关盒互连容错算法,主要针对出现错误的开关盒阵列中可执行的路径数量进行评估,通过使用算法找到合适的路径,从而避开错误,提高Java处理器算逻部件的容错性。最后,通过实验验证了基于低成本FPGA的Java处理器结构的正确性和可行性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
第一章绪论  7-10
  1.1 课题的研究背景  7
  1.2 国内外研究发展状况  7-8
  1.3 本文的研究内容  8-10
第二章嵌入式Java 技术  10-16
  2.1 Java 技术  10
  2.2 Java 平台与Java 虚拟机  10-13
    2.2.1 Java 平台  10-12
    2.2.2 Java 虚拟机  12-13
  2.3 嵌入式Java 虚拟机  13-16
    2.3.1 实时系统  13
    2.3.2 Java 实时性分析  13-14
    2.3.3 嵌入式Java 虚拟机  14-16
第三章 JAVA 处理器算逻部件设计  16-41
  3.1 实时Java 处理器总体架构  16-20
  3.2 算术逻辑部件结构设计  20-24
    3.2.1 算逻部件总体架构  20-21
    3.2.2 算逻部件内部结构  21-24
  3.3 加法器设计  24-31
    3.3.1 加法器算法研究  24-25
    3.3.2 动态超前进位加法器设计  25-31
  3.4 乘法器设计  31-41
    3.4.1 改进Booth 算法产生部分积  32-34
    3.4.2 部分积累加及压缩算法优化  34-38
    3.4.3 末级加法器  38-39
    3.4.4 实验结果及性能分析  39-41
第四章 FPGA 互连延迟的研究  41-48
  4.1 FPGA 的结构及设计特点  41-42
  4.2 互连延迟  42-45
    4.2.1 影响互连延迟的因素  42-43
    4.2.2 互连延迟优化  43-45
  4.3 开关盒互连容错算法研究  45-48
    4.3.1 容错性评估  45-46
    4.3.2 算法  46-47
    4.3.3 结论  47-48
第五章结论与展望  48-52
  5.1 实验环境  48-50
  5.2 实现结果比较分析  50
  5.3 结论  50-51
  5.4 将来的工作  51-52
致谢  52-53
参考文献  53-55
硕士期间发表的论文  55

基于FPGA的嵌入式系统的研究及设计

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