论文部分内容阅读
Matrix DSP是国防科技大学自主研制的一款面向无线通信基站应用、图像视频处理的高性能32位浮点向量处理器。采用SIMD体系结构，VLIW指令发射技术，最多可并行发射十条指令。工作主频为500MHz，峰值性能可达5000MIPS，能高效支持LTE、LTE-A、WiMAX等主流无线通信协议标准。本文针对Matrix DSP的中断处理系统和自适应多线程模块的设计和验证展开研究，主要工作和创新点包括：1、本文在深入研究了Matrix DSP体系结构的基础上，提出了一种支持实时中断事务处理的中断处理系统设计方案，完成了中断处理系统的设计，验证与测试工作。该中断处理系统能够快速响应中断事务请求，有效解决高速主频与低速外设间速度不匹配问题；支持中断优先级的可配置，中断优先级排队，中断嵌套处理。2、在深入研究了中断处理系统工作原理的基础上，提出了一种支持中断全程监控的控制方法。实现了对中断请求过程，中断执行过程和中断返回过程的监控，有效解决了功能验证和程序调试过程中错误定位困难的问题。3、在仔细研究Matrix DSP体系结构的基础上，进行了大量算法需求分析；针对由于程序本身指令级并行性不足和编译器能力有限等因素使得Matrix DSP最多可并行发射十条指令的性能未能充分发挥潜力的问题提出了一种同时多线程的体系结构，完成了自适应多线程模块的设计、验证、优化、测试与性能分析等工作。通过开发系统任务级并行，大大提高了Matrix DSP硬件利用率。4、针对自适应多线程模块，本文对点积运算，矩阵乘算法，亚像素插值算法和FIR算法在多线程和单线程模式下进行了IPC性能比较，结果表明，多线程模式下Matrix DSP的IPC性能有6.81%-13.79%的提高。本文的设计经过详尽的验证，表达式覆盖率达到100%，满足原始的功能设计要求；通过逻辑综合主频达到了500MHz的设计要求；并通过软硬件联合调试系统，在FPGA平台上进行了原型验证，芯片流片后，经过了系统全面的测试，结果表明该芯片功能正确，性能稳定，满足项目设计要求。