本文结合西北工业大学航空微电子中心所承担的“十五”国防预研项目:项目编号:41308010108,在该项目当中,作者负责高性能嵌入式微处理器“龙腾R2”的定点主控部件的设计和验证,同时在该项目的基础上,作者对在“龙腾”系列处理器上引入向量处理功能进行了深入的研究,提出了“龙腾”系列处理器上向量处理单元的实现结构,并对该结构进行了简要的性能评价。 作者的主要工作如下: 1.深入研究PowerPC750微处理器体系结构,完成了“龙腾R2”微处理器定点主控部件的设计和验证。“龙腾R2”处理器实现了与PowerPC750处理器全兼容,主频达到233Mhz。 2.在“龙腾R2”微处理器定点主控部件设计的基础上,作者对Motorola公司的提出的在PowerPC体系结构上扩展向量处理功能的AltiVec技术进行了深入的研究,包括其指令集,操作数类型,寻址方式等。相关的研究对在“龙腾”系列处理器中引入向量处理功能进行技术储备。 3.作者结合AltiVec技术以及超标量技术,设计了基于AltiVec技术的“龙腾”系列处理器中向量处理单元的控制通路逻辑结构。该结构每周期可接收2条向量指令,采用5级流水线结构,将动态指令调度技术合理的分配到流水线中,降低了前端体系结构设计对后端物理设计的压力,通过Simplescalar仿真工具,对多媒体基准程序进行仿真,该结构的平均指令吞吐率为1.4。同指令静态顺序执行结构相比,该结构在增加处理器的面积的代价下,获得了较大的性能提高。 4.作者根据对AltiVec技术定义的向量数据操作类型的分析和研究,提出了基于AltiVec技术的“龙腾”系列处理器中向量处理单元的数据通路逻辑结构。该数据通路由三部分组成。VPU(向量置换单元)模块负责完成向量数据元素之间的移动和置换操作等;VSFU(简单定点向量处理单元)模块主要完成逻辑运算,加减运算,求极值运算以及循环移位运算等;VCFU(复杂定点向量处理单元)完成与乘法有关的操作以及交叉和操作等。