基于SPI总线的飞腾FT2000/4与FPGA通信设计与实现

针对串行通信总线协议(SPI)应用,提出了一种基于飞腾处理器FT2000/4和FPGA之间的通信设计方法,在FPGA中实现了SPI转局部总线模块和寄存器读写模块;在Modelism环境下对所设计的SPI从控制器进行了功能仿真验证,仿真结果表明,该SPI从控制器可与飞腾处理器内的SPI主控制器进行通信;在FT2000/4和FPGA的集成开发板上进行实测,通过扩展的RS422接口与422板卡进行通信,结果表明,在FPGA中设计的SPI从控制器工作正常.     

基于NiosⅡ多核驾驶疲劳检测系统设计

采用SOPC技术,对多核驾驶疲劳检测系统进行了研究与设计.为了实现系统设计的单片化,把NiosⅡ软核处理器、摄像头采集控制器IP核、部分图像处理算法模块等系统部件都集成到一块FPGA上.为了提高系统处理速度,系统采用双NiosⅡ软核处理器设计,同时利用NiosⅡ处理器自定制指令与C2H加速编译工具对系统中关键部分进行硬件加速,使系统具有实时性检测功能.     

面向异构多核处理器的FPGA验证

随着处理器架构的发展,高性能异构多核处理器不断涌现.由于高性能异构多核处理器的设计十分复杂,为了降低设计风险,缩短验证周期,提前进行软件开发,复现硅后问题等,通常需要搭建现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)的原型验证平台,并基于FPGA平台开展种类繁多,功能各异的软硬协同验证和调试工作,提出的基于同构FPGA平台对异构多核高性能处理器的FPGA调试、验证方法,有效地利用了异构多核处理器的架构特征,同构FPGA的对称特点,以层次化的方法自顶向下划分FPGA,自底向上构建FPGA平台.结合差速桥、自适应延迟调节、内嵌的虚拟逻辑分析仪(virtual logic analyzer,VLA)等技术可快速完成FPGA平台的点亮(bring-up)和部署.所提出的多核互补,核间替换模拟的调试SHELL等方法可以快速完整地对目标高性能异构多核处理器进行FPGA验证.通过该FPGA原型验证平台,成功地完成了硅前验证,软硬件协同开发和测试,硅后问题复现工作,并为下一代处理器架构设计提供了快速的硬件平台.     

基于 NiosII 的音频信号分析仪设计

文中研究了一种基于傅立叶变换和 Nios 软核控制器的硬件音频信号分析方法,并构成一种音频信号分析仪.该仪器通过 Avalon-ST 总线有效的把 FFT IP 核与 Nios 软核处理器有机的结合起来,在 FPGA 芯片上配置 NiosII 软核处理器和相关的接口模块来实现嵌入式系统的主要硬件结构,该结构使得软件和硬件集成到一片可编程逻辑器件平台上,使设计同时获得软件的灵活性以及硬件的高性能优势.设计中,在 Altera EP2C35系列 FPGA 芯片中嵌入 NiosII 软核处理器,使之集成在一片 FPGA 上,开发效率高、灵活性强,能较好地满足的市场需求     

基于NiosⅡ的音频信号分析仪设计

文中研究了一种基于傅立叶变换和Nios软核控制器的硬件音频信号分析方法,并构成一种音频信号分析仪。该仪器通过Avalon—ST总线有效的把FFT IP核与Nios软核处理器有机的结合起来,在FPGA芯片上配置NiosⅡ软核处理器和相关的接口模块来实现嵌入式系统的主要硬件结构,该结构使得软件和硬件集成到一片可编程逻辑器件平台上,使设计同时获得软件的灵活性以及硬件的高性能优势。设计中,在AlteraEP2C35系列FPGA芯片中嵌入NiosⅡ软核处理器,使之集成在一片FPGA上,开发效率高、灵活性强,能较好地满足的市场需求。     

基于ARM和FPGA的NoC资源网络接口驱动设计与实现

将ARM处理器作为NoC系统中的一个资源节点,设计了资源网路接口,基于Linux操作系统的基础上,编写了FPGA设备的驱动程序。在典型的3×32DMesh结构的NoC系统中进行了测试,结果表明该设计实现了ARM处理器资源节点和NoC系统中其他IP核数据的高速、可靠传输。     

片上多核处理器Cache一致性协议优化研究综述

现代晶体管技术在单芯片上集成多个处理器已经成为现实.近年来,随着多核处理器集成核数的不断增加,高速缓存的一致性问题凸显出来,已成为多核处理器的性能瓶颈之一,亟待解决.本文介绍了片上多核处理器一致性问题的由来.总结了多核时代高速缓存一致性协议设计的关键问题,综述了近年来学术界对一致性的研究.从程序访存行为模式、目录组织结构、一致性粒度、一致性协议流量、目录协议的可扩展性等方面,阐述了近年来缓存一致性协议性能优化的方向.对目前片上多核处理器缓存一致性协议设计中存在的问题进行了讨论,并指出了未来进一步研究的方向.     

基于NoC的图像采集系统设计

为了解决单核处理器系统的总线互连所带来的互连延迟、存储带宽和功耗极限等性能提升的瓶颈问题,设计了基于NoC系统的实时图像采集和处理系统。该系统采用FPGA实现图像采集模块、存储、JPEG编解码、资源节点、路由节点及VGA显示等功能。实验结果表明,在NoC系统上使用多核技术代替传统的单处理器,在提高系统并行性方面显示出了NoC的巨大优势。     

片上多核处理器验证:挑战、现状与展望

随着集成电路工艺水平的不断提升以及应用对处理器性能要求的日益增长,验证已成为未来片上多核处理器发展的主要技术瓶颈.文中深入分析了片上多核处理器验证中状态空间大、完备性不足、存储结构与互连网络验证复杂、硅后验证困难等突出问题,系统地总结了片上多核处理器模拟验证、硬件仿真、形式验证、硅后验证等方面的研究进展,并对该领域未来的发展方向进行了分析与展望.     

基于FPGA的DDR4高速存储模块设计

设计了一种有更高传输速率和更大带宽的存储模块来满足更高的数据存储需求。该设计采用Xilinx公司的UltraScale系列高性能芯片作为FPGA主控制模块，后续基于原有模块设计并外挂了4片容量为1 GB的DDR4内存芯片，结合片上DDR4控制模块实现对内存的读/写控制，通过FPGA内部集成的DDR4 SDRAM IP核进行例化核设计。通过实验验证，DDR4在300 MHz系统时钟频率下能够进行正确的读/写操作，无数据丢失，保证了高速率、大带宽数据的正常传输，证明该机制具有良好的可靠性及适用性。     

适用于多核处理器的簇状片上网络设计

提出一种新型簇状片上网络架构。该架构以二维网状拓扑结构连接各个簇单元,每个簇单元由3个处理器、1个直接访存单元和1个簇共享存储单元组成。基于该架构的多核处理器可以获得更高的通信效率及存储器利用率。在实验系统上实现3 780点的快速傅里叶变换,结果表明,在快速傅里叶变换应用中存储器的利用率能提升至79.5%。     

Floorplan-aware application-specific network-on-chip topology synthesis using genetic algorithm technique

Communication plays a critical role in the design and performance of multi-core systems-on-chip (SoCs). Networks-on-chip (NoCs) have been proposed as a promising solution to complex on-chip communication problems. As regular NoC topologies are infeasible to satisfy the performance demand for application-specific NoC, customized topology synthesis is therefore desirable. However, NoC topology synthesis problem is an NP-hard problem. In this paper, we propose a suboptimal genetic-algorithm based technique to synthesize application-specific NoC topology with system-level floorplan awareness. The method minimizes the power consumption and router resources while satisfying latency and bandwidth performance constraints. We have evaluated the proposed technique by running a number of representative benchmark applications and the results indicate that our method generates approximate optimal topologies effectively and efficiently for all benchmarks under consideration.     

多核处理器平台资源管理的若干问题研究

在多核处理器体系结构中,同一芯片上集成了多个处理器核心,它们共享片上多种硬件资源。介绍了多核处理器技术的发展;提出了多核处理器平台上资源管理的相关问题;针对处理器管理和共享Cache管理中的若干关键问题进行了较深入的探讨。     

一种分片式多核处理器的用户级模拟器

随着片上晶体管资源的增多和互连线延迟的加大,分片式多核微处理器已成为多核处理器设计的新方向.为了对这种新型处理器进行体系结构的深入研究和设计空间的探索,设计并实现了针对分片式多核处理器的用户级多核性能模拟器.该多核模拟器在龙芯2号单处理器核的基础上,完整地模拟了基于目录的Cache一致性协议和存储转发式片上互联网络的结构模型,详细地刻画了由于系统乱序处理各种请求应答和请求之间的冲突而造成的时序特性,可以通过运行各种串行或并行的工作负载对多核处理器的各种重要性能指标加以评估,为多核处理器的结构设计提供了快速、灵活、高效的研究平台.     

基于片上网络的多核芯片组通讯方案

多芯片协同工作是一种廉价、低风险的高密度计算应用解决方案。由于片上网络(Network On Chip,NoC)的数据通讯具有并发、分离的特性,因此可以方便地在板级集成多块NoC多核芯片协同工作,构成NoC多核芯片组,快速提供更强大的处理能力。基于某高性能图像处理项目,其硬件系统主要由4块NoC多核芯片构成,4块芯片采用全互连方式,研究了报文数据在不同多核芯片间的传输问题,提出了一种通过硬件实现的多核芯片组通讯方案,该方案已应用在某高性能图像处理项目。     

多核处理器的结构设计研究

围绕如何进行多核处理器的结构设计，提高处理器性能这一问题，结合传统多处理机设计原理对多核处理器结构设计进行了研究，并对当前主要商业多核处理器进行了研究，揭示了其发展趋势，探索了未来多核处理器设计的发展方向。     

Energy reduction through crosstalk avoidance coding in networks on chip

Commercial designs are currently integrating from 10 to 100 embedded processors in a single system on chip (SoC) and the number is likely to increase significantly in the near future. With this ever increasing degree of integration, design of communication architectures for large, multi-core SoCs is a challenge. Traditional bus-based systems will no longer be able to meet the clock cycle requirements of these big SoCs. Instead, the communication requirements of these large multi processor SoCs (MP-SoCs) are convened by the emerging network-on-chip (NoC) paradigm. Crosstalk between adjacent wires is an important signal integrity issue in NoC communication fabrics and it can cause timing violations and extra energy dissipation. Crosstalk avoidance codes (CACs) can be used to improve the signal integrity by reducing the effective coupling capacitance, lowering the energy dissipation of wire segments. As NoCs are built on packet-switching, it is advantageous to modify data packets by including coded bits to protect against the negative effects of crosstalk. By incorporating crosstalk avoidance coding in NoC data streams and organizing the CAC-encoded data packets in an efficient manner, so that total number of encoding/decoding operations can be reduced over the communication channel, we are able to achieve lower communication energy, which in turn will help to decrease the overall energy dissipation.     

多核操作系统发展综述

多核处理器的核心迅速增长以及结构日益复杂,给未来操作系统的设计带来了很大的挑战。为适应多核处理器的发展,可以利用分布式设计思想,从结构和功能上对传统多核操作系统进行分布式处理优化,将多核硬件划分为不同的子系统,尽可能降低各子系统之间的耦合度,从而提高多核操作系统的可扩展性。本文概括当前多核操作系统研究的三种技术路线,力求宏观展现多核操作系统的发展趋势。     

多核并行技术在分子动力学模拟中的应用

为了充分利用多核处理器资源,研究了一种用于分子动力学模拟中的多核并行技术。在多核处理器上利用OpenMP技术实现多线程创建与同步、动态设置子线程的调度运行方式以及负载均衡以减少子线程执行等待时间。通过对不同分子体系结构下的动力学模型测试,得出在不同子线程下并行计算的时间,并且得到了良好的性能加速比。实验结果表明,采用OpenMP并行技术可有效地提高电荷求解过程在分子动力学模拟运算中的时间效率,以及多核计算机资源的利用率。