众核处理器Cache一致性研究综述

以瓦片结构众核处理器一致性协议的设计为主线,综述了国内外近年来关于众核处理器cache一致性的相关研究;介绍了不同NUCA结构对一致性协议的影响;分析和对比了几种传统目录一致性协议的特性及其存在的问题;归纳了最新几个面向众核结构一致性协议的设计思想和特性。最后为设计具备应用程序适应性和可扩展性的cache一致性协议指出了几个关键的设计方向。     

32位双发射双流水线结构RISC微处理器设计

"龙腾R2"是西北工业大学自主研制的32位嵌入式RISC微处理器,与IBM公司的Power-PC750处理器pin-to-pin兼容。综合考虑面积、功耗、实时响应以及性能要求等因素,文章提出了一种应用于嵌入式处理器微架构设计的双发射双流水线结构。该结构的核心思想是在指令流水线前端处理阶段动态检测相邻指令的先后依赖关系,预先完成双发射判断。文中首先介绍了"龙腾R2"的微体系架构,然后重点讨论了基于双发射双流水结构的指令调度策略、相邻指令耦合关系、双发射下的相关处理以及精确异常考虑等。采用M ibench基准程序完成了性能评测,综合分析结果显示,该结构对算术计算类程序流加速明显,并且电路结构清晰,易于设计验证,同时发现优化存储系统结构是提升该处理器性能的关键。文章最后对"龙腾R2"的可测试性设计以及硅物理设计等关键技术进行了论述。"龙腾R2"已流片成功,整个处理器采用SMIC 180nm CMOS工艺,芯片面积5.9 mm×6.7 mm,核心频率266 MHz,CBGA360封装。     

BIOS的设计与实现

文章详细阐述了BIOS的基本组成框架,提出了一个适合于检测工控机硬件的BIOS上电自检流程,并就设计中的几个关键性问题:正确性,兼容性和可移植性,以及压缩算法等进行了分析,最后整个BIOS在西北工业大学航空微电子中心自主研发的龙腾S1系统(PC104兼容)平台上进行了严格的验证.     

基于SIMD技术的图像卷积处理器体系结构研究

SIMD处理机特别适合于要求大量高速向量或矩阵计算的场合,数据缓存系统和对准网络是它的关键部件。而图像卷积是图像处理技术中最基本也是最重要的一项技术,文章根据数字图像的卷积定理对数字图像的卷积运算进行了分析,在此基础上提出了一种基于SIMD处理机的可变卷积模板的图像卷积处理器的体系结构。该处理器内部包含有接口部件、控制部件、数据缓存系统、对准电路和执行部件等。它的极高效率的数据缓存系统和对准电路成为该处理器最有特色的部分,它从根本上解决了图像卷积中的数据复用带来的CPU重复访问主存储器的问题。实现了3×3、5×5、7×7、9×9、11×11、13×13和15×15卷积模板的图像卷积运算的变换而无需另行更改硬件电路的特点。最后,对这个图像卷积处理器体系结构的性能进行了缜密的分析。     

片上双系统总线设计及其应用

本文设计了基于AMBA总线结构的双系统总线结构，其最大特点是APB系统能够独立于高速数据传输的AHB系统。实现对AHB系统的控制和对APB低速外设的操作，大大提高了系统的性能和灵活性。文中详细介绍了此设计的实现。并给出了双系统总线结构在苏州国芯科技的C*SOC-A项目的应用实例。     

乘累加运算器的高性能解决方案

在设计数字信号处理器时我们经常要设计高性能的乘累加运算器，文章详细分析了乘累加运算器的结构，提出了其高性能设计方案并采用标准单元进行了实现，同时提出了DCT运算单元的高性能解决方案。     

一种基于Simics的兼容微处理器系统级验证平台

高性能微处理器复杂度不断增大,验证也变得更为复杂,已成为设计过程中的瓶颈。文章就兼容微处理器的验证,提出了基于Simics构建系统级验证平台的一种设计方法。通过自行开发的控制模块把Simics提供的ISS(InstructionLevelSimulator)和相关的存储器模型、外围设备与外部仿真器相连构建了一个验证系统平台。在这个平台中Simics支持的处理器作为待验证兼容处理器的参考模型,测试使用的激励来自真实的操作系统和应用程序,自动比较运行结果。借助于Simics的快速仿真速度和现场恢复能力,该平台可大大加快验证速度。     

多核、多线程处理器的低功耗设计技术研究

随着微处理器设计技术和半导体制造工艺的进步，芯片的规模和复杂度急剧增大，超高的功耗密度对系统稳定性造成很大影响，功耗壁垒已经成为提升微处理器性能的最大障碍。本文介绍了低功耗设计的基本原理、研究内容、设计方法，分析了CMP和SMT体系结构的功耗需求和特性，讨论了不同的功耗优化策略在两种体系结构下的适用程度以及对性能造成的影响。针对多核、多线程体系结构，着重从系统级、结构级和电路级等不同抽象层次对典型的功耗优化技术做了讨论。最后，展望了未来微处理器低功耗设计技术的发展趋势。     

基于元组向量折叠的大规模规则库包分类算法

基于元组空间提出了一种适用于多维大规则库的包分类算法——元组向量折叠算法。与基本元组空间算法和基于元组的位并行包分类算击相比较，该算法在空间复杂度和时间复杂度上都取得了较好的性能。     

优化微程序控制器设计

大多数CISC处理器和VLIW处理器都采用微程序控制。在这些处理器中，微程序控制器的性能是决定整个处理器性能的关键因素之一。本文探讨微程序控制器的优化设计。分析如何提取公共微操作序列，提出设计寻址入口与功能入口的方法来减少微程序ROM的深度；借鉴页式微程序管理的思想，提出页式微程序ROM设计来减少微程序ROM的位宽。优化设计之后，微程序控制器面积减少28．90％。