基于软件模型的SDRAM指令FIFO的性能评估

针对SDRAM的读写操作具有一定的流水特性,“Garfield”的EMI(外部存储接口)设计中加入了指令缓冲(先入先出,FIFO),充分利用SDRAM的Burst模式．在处理器进行指令预取时,减少指令读取的平均等待时间。但这种方法的关键问题在于．如何选择恰当的指令缓冲深度．从而最大可能地提高整个芯片的执行效率。本文提出了一种基于软件模型来评估。首先介绍了为什么要在基于ARM7TDMI的外部存储器接口中插入指令FIFO,及如何通过软件建模的方法,用指令集模拟器和存储子系统模型模拟真实硬件环境。然后探讨了采用什么标准去评估指令执行效率的提高,最后通过实验数据得到对SDRAM指令FIFO的性能的评估。     

SDRAM功耗模型及指令FIFO优化

在嵌入式系统中,存储子系统通常是系统性能的关键,同时由于其访问频繁功耗也通常占据了功耗的大部分。本文从一个嵌入式RISC处理器的指令FIFO设计出发,提出了SDRAM的功耗模型,基于该功耗模型,提出了最优化的指令FI-FO设计。实验结果表明FIFO深度为4或者5时性能最高且消耗能量最少。     

一类基于AMBA总线的SDRAM控制器设计

提出一类SDRAM控制器的设计方法,针对SDR SDRAM的突发特性,采用数据预读取机制提高SDRAM的读取效率,同时又加入了写指令FIFO消除读缓存带来的负面影响.并且以该控制器在AHB总线的集成为例,实现了控制器在SoC中的应用.功能仿真和FPGA验证均表明本设计能够准确高效地实现对SDR SDRAM的访问控制.     

一种VLIW循环指令的预取和优化策略

本文提出了一种VLIW处理器的预取和针对循环指令的优化策略.文中重点介绍了预取普通指令和处理循环指令的方法,以及普通预取和循环预取这两种预取模式间的切换方式.基于该设计和优化方案,可以有效减小取指操作的功耗.实验证明,在针对不同的应用上,减少的功耗从40％到90％不等,优化了该VLIW多运算簇DSP处理器的性能.     

多FIFO灵活定制SDRAM控制器设计

针对SDRAM控制器设计复杂且可复用性低的特点,基于VerilogHDL提出了一种简单且可灵活定制异步FIFO的SDRAM控制器实现。图像预处理时经常会用到SDRAM来作为缓存,SDRAM的工作频率很高,所以一般会用异步FIFO缓存数据匹配它的频率,但是每次都重新设计FIFO的控制显然太繁琐。本设计结合FPGA的特点一方面简化SDRAM的控制时序提高了系统性能,另一方面在控制器中嵌入多路异步FIFO,当面对不同的设计需要时只需给设计关心的异步FIFO加载上数据、时钟、深度以及地址则可。既节约了逻辑资源又实现了重复使用的目的为后续设计节省了时间。     

面向按序执行处理器的预执行指导的数据预取方法

为提高按序执行处理器的访存性能,本文提出一种预执行指导的数据预取方法(PEDP).PEDP利用跨距预取器对规则的访存模式进行预取,并在发生L2 Cache失效后通过预执行后续指令对不规则的访存模式进行精确的预取,从而结合两者的优势提高预取覆盖率.同时,PEDP利用预执行过程中提前捕获的真实访存信息指导跨距预取器的预取过程.在预执行的指导下,跨距预取器可以对预执行能够产生的符合跨距访存模式的地址更早地发起预取请求,从而改善预取及时性.此外,为进一步优化上述指导过程,PEDP使用更新过滤器有效去除指导过程中对跨距预取器的有害更新,从而提高预取准确率.实验结果表明,在平均情况下,PEDP将基准处理器的性能提升33.0%.与跨距预取和预执行各自单独使用相比,PEDP将性能分别提高16.2%和7.3%.     

基于控制流的混合指令预取

取指令能力的高低对微处理器的性能有很大影响.指令预取技术能够有效地降低指令Cache的访问失效率,提高微处理器的取指令能力,进而提高微处理器的性能.本文提出了一种基于程序控制流的混合指令预取机制,它采用顺序预取和非顺序预取相结合的方式将指令提前读入指令Cache.模拟结果显示,该方法能够有效地提高指令Cache访问的命中率,并具有实现简单,无效预取率低等特点.     

多核处理器预取策略的研究

多核处理器的内存和Cache共享策略使内存访问延迟成为影响多核处理器性能的瓶颈,预取技术能够隐藏访问延迟,对提高多核处理器的性能有重要意义.分析并比较了一系列典型的预取策略,讨论了它们的优缺点,对几种新颖的基于硬件的多核预取技术提出了改进方案,讨论了在多核处理器体系结构下,预取策略面临的挑战和必须考虑的设计问题,为多核预取提供了创新的思路.     

应用预取策略的行缓冲指令Cache设计

行缓冲是一种有效的低功耗方案,但其极大地降低了处理器的运算性能.设计并实现了使用预取策略的行缓冲Cache,使用一个缓冲行来预取存储在L1 Cache中的指令,从而降低了行缓冲结构中由于容量缺失而造成的流水线停顿,提升了处理器的运算性能.以Leon2的VHDL模型为试验环境进行了验证,带有预取策略的行缓冲结构较原来的结构平均提升了12.4%.     

一种高效预取机制的设计与实现

文章结合NCS处理器的设计,提出了一种预取控制模型,该模型充分利用多相时钟的配合完成了指令和预取,有效的消除了处理器的访内瓶颈,通过测试程序的运行,证明该模型是有效的;还讨论了该模型的具体电路实现,这对于研制我国具有独立自主版权的处理器具有重要意义。     

面向存储系统的低功耗SoC设计

降低存储系统功耗是SoC设计中的重要问题,基于对程序执行与器件特性的分析,在SDRAM中引入数据缓冲区,给出针对多进程数据访问特性的实现方法,降低了程序运行时外存设备的功耗。在EMI中实现了指令FIFO,并给出定制方法,降低了程序运行时的SDRAM能耗。实验与仿真表明,该方法能有效降低程序运行时SoC存储系统整体功耗。     

基于FPGA的视频采集显示系统

设计实现一种基于FPGA的视频采集显示系统,包括视频图像的采集、处理与显示3个部分。视频图像部分采用CCD摄像头OV7670作为视频数据的采集,利用在FPGA中构建FIFO并配合SDRAM高速读写实现视频图像数据的高速缓存处理,使用FPGA中构建的Nios II嵌入式内核,实现对SDRAM的控制以及视频数据的TFT液晶实时显示。整个系统获得了较好图像采集、显示效果。     

基于FPGA的高速大容量异步FIFO的实现

为了实现测试光纤陀螺仪的大量的数据采集,提出了一种基于FPGA的高速大容量异步FIFO控制器的实现方法,分析了所用SDRAM的特点和工作流程,设计出了实现这种控制器的方法。最后给出了SDRAM控制器的写数据仿真结果图。此设计基本满足了测试光纤陀螺仪数据采集和数据存储的要求。设计中采用SDRAM作为FIFO缓冲器,利用FPGA实现对SDRAM的控制。这种方法通用性好且成本低,可以应用在任何一种有大容量数据缓冲要求的系统中。     

视音频延时器用大容量FIFO的设计

介绍视音频延时器用大容量FIFO的设计,大容量FIFO的设计采用了SDRAM代替双口RAM,并采用FPGA设计双口SDRAM控制器.该FIFO也可用作高速数据采集系统的数据缓冲.     

基于ARM的嵌入式航空拖靶高度控制器设计

嵌入式系统具有实时性好、可靠性高、体积小和功耗低等优势,将该技术引入新型航空拖靶高度控制器的设计,可显著提高其综合性能。基于ARM7微处理器和μC／OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统开发了航空拖靶高度控制器,主要介绍了控制器的组成、原理和软硬件设计过程。原理样机的半实物仿真结果表明系统响应快、控制精度高,能够准确控制拖靶做超低空掠海定高飞行,达到了设计要求,控高精度可达2m。     

A highly efficient SDRAM controller supporting variable-length burst access and batch process for discrete reads

A highly efficient Synchronous Dynamic Random Access Memory (SDRAM) controller supporting variable-length burst access and batch process for discrete reads is proposed in this paper. Based on the Principle of Locality, command First In First Out (FIFO) and address range detector are designed within this controller to accelerate its responses to discrete read requests, which dramatically improves the average Effective Bus Utilization Ratio (EBUR) of SDRAM. Our controller is finally verified by driving the Micron 256-Mb SDRAM MT48LC16M16A2. Successful simulation and verification results show that our controller exhibits much higher EBUR than do most existing designs in case of discrete reads.     

高性能16位微处理器IP软核设计

在对标准Intel8086微处理器进行分析的基础上,本文介绍了一种与其指令集兼容、性能大幅提高的可重用16位微处理器IP软核的设计。从处理器体系结构的划分,到指令集的设计以及处理器内部各单元的设计,进行了比较详尽的阐述,并对该设计进行了软件仿真和硬件验证。该处理器采用缩短指令执行时钟周期、增加指令预取队列、改进总线接口时序和减少有效地址计算时间等系统架构的优化,使性能得到大幅度的提高;通过扩展指令集实现与标准8086、8088、80186和80188系列微处理器完全软件兼容。