本课题主要研究基于MASA流体系结构微处理器核的设计和实现,其目的是开发一款面向密集计算的可编程高性能微处理器,并且提供相应体系结构研究的基础平台,为流体系结构研究人员提供基础的硬、软件环境。在此基础上,可以开展深入的流处理器体系结构概念和技术研究。 本文剖析了前沿的高性能微体系结构,通过与其它微处理器体系结构的比较,选取了流体系结构作为目标,抽象出了流体系结构模型,并在此基础上设计了一个与Imagine指令集完全兼容的指令集系统。 在完成了指令集的设计之后,MASA微处理器设计的过程主要包括功能组织、逻辑设计、实现技术等要素。本文从这些要素的角度出发,论述了MASA体系结构的微处理器设计的过程,并给出了微处理器核的细化设计。设计过程中深入研究了流处理器内核中的关键问题,实现了新的流寄存器访问调度策略,并改进了软件流水和条件流的实现机制。初步设计完成以后,针对现有流体系结构的特点和不足,扩展了核心级中流的概念,提出多态流的思想,并做了相应的执行机制和硬件设计方案。最后映射了大量密集计算领域的核心程序,对MASA流体系结构进行了系统的测试。 本文在RTL级使用Verilog语言描述了MASA流处理器内核,并在ModelSim SE 5.7d和VCS仿真开发平台上对其完成了功能验证和处理器性能分析,最后在Xilinx XC4VLX200 FPGA上映射实现了整个MASA内核。