嵌入式微处理器保护方式下高特权级系统调用的研究

设计拥有我国自主版权的微处理器有着重大意义。高特权级系统调用算法及高特权级系统调用测试单元ＰＣＵ是拥有保护机制微处理器的重要组成部分,文中探讨了保护方式下高特权级系统调用的数据结构、定义,给出了高特权级系统调用算法,提出了高特权级系统调用测试单元ＰＣＵ的细胞群结构,并指出细胞是高特权级系统调用测试单元ＰＣＵ的基本测试单位。细胞群结构概念的提出解决了微处理器保护测试单元结构设计的难题,使设计拥有自主     

“龙腾”R2微处理器Cache单元的设计与实现

合理地组织一个多级的高速缓冲存储器(Cache)是一种有效的减少存储器访问延迟的方法。论文提出了一种设计32位超标量微处理器Cache单元的结构,讨论了一级Cache、二级Cache设计中的关键技术,介绍了Cache一致性协议的实现,满足了“龙腾”R2微处理器芯片的设计要求。整个芯片采用0.18umCMOS工艺实现,芯片面积在4.1mm×4.1mm之内,微处理器核心频率超过233MHz,功耗小于1.5W。     

面向混杂流计算的适应性存储器体系结构

可将科学计算中大量算法的计算形式视为由流计算和相当比例的通用计算混合而成。针对低并行度计算以及不易流化(Streamlization)的数据结构对流计算整体性能具有较大影响,提出了一种软、硬件可控的适应性片上存储结构DAMS Cache。该结构能够同时适应混杂流计算中流数据以及标量数据的存储需求;采用了适应性动态存储资源分配策略和适应性动态地址映射策略解决地址映射冲突问题;通过全硬件支持非规则流、条件流的存储与访问,混合数据替换策略能够充分挖掘数据的生产者-消费者局部性及时间、空间局部性。验证评估实验表明,相对Cache以及SPM(Scratchpad Memory),DAMS Cache算法的适应性较好,面向混杂流计算的性能较优。     

龙腾Stream流处理器验证

芯片设计复杂度的提高迫切地需要先进的方法学以应对巨大的验证工作量。通过开发基于System Verilog的覆盖率驱动的自动化验证平台,对龙腾Stream流处理器的指令集进行了功能验证。实验结果表明,该验证平台提高了验证效率和功能覆盖率,具有良好的重用性和可移植性。搭建FPGA原型验证系统对流处理器的功能和系统性能进行了评测,并提出了优化流处理器加速性能的方法。     

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。     

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。     

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。     

DMA控制器的优化与改进

提出了一种提高DMA控制器性能的有效方法,INTEL8237是一种高性能的可编程的DMA控制器,但在控制数据传输时所需周期太长,尤其在存储器之间传输时传送一个字节需要2μS,该文针对这一点对原有DMA控制器的结构和时序做了调整,使存储器之间的传输效率提高了一倍,IO到存储器的数据传输效率也有不同程度的提高。     

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。     

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％。