针对目前嵌入式应用中语音信号处理算法的实时性问题,本文在基于SPARC V8体系结构的开源RISC处理器的基础上,设计了一种高带宽的嵌入式SOC架构,很好的解决了MELP语音编解码的实时性问题。随着现代信息产业的发展和硅技术的进步,为了能够更有竞争力、新的通信类、消费类的计算机类产品设计都必须要迅速的提高功能性、可靠性和带宽,并且迅速的降低成本和功耗。在传统的SOC架构中,这些改进和提高很多是依赖于高集成的硅芯片的使用,其中很多数据密集型功能当前是通过寄存器传输级硬件技术来实现的,然而市场需求的多变性决定了这种开发模式的低效性。本文的主要工作和特色是:1.给出了一种基于向量协处理器的SOC结构,这种结构以嵌入式32位RISC处理器为平台,通过添加定制的向量协处理器、扩展SIMD指令的方式来加速算法中的运算密集型模块。这种架构的原理是将核心运算模式用硬连线的逻辑模块替代,将逻辑模块与处理器流水线直接绑定。这种紧耦合的整合方式,不仅有效的硬件逻辑的功能吸收入处理器中,还可以将这些硬件逻辑完全置于软件的控制之下,为不同算法在该平台上的移植带来了方便。2.提出了一种基于“影子”寄存器的通信模式,该结构可以以很小的代价使主CPU与协处理器的通信带宽增加一倍。它的原理是扩展CPU的寄存器文件,改变了处理器寄存器文件只有一个写端口、两个读端口的限制,使用额外的“影子”寄存器将协处理器与主CPU的通信带宽增加了一倍,大大改善了程序的执行效率。这里的“影子”寄存器仅仅复制了CPU原有寄存器文件的一小部分,控制逻辑相对简单,资源占用量很小。3.给出了一种基于开源软、硬件的SOC设计平台。本文的主要研究成果均是基于欧洲宇航局(ESA)的开源32位RISC处理器LEON2为核心的SOC开发平台,文中给出了完整的开发流程和实现过程中使用的一系列开源软、硬件组件。以及开发过程中所用的开源编译、调试器、工作站等。这种使用开源技术的成功尝试,会预示着开源平台将成为未来SOC设计的一种新的选择。