基于FPGA的SPARC多核结构设计与实现及并行算法研究

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目前嵌入式系统已经广泛应用在航天、航空、工业机器人、系统控制等领域,然而,海量数据处理对嵌入式计算系统提出了更高的要求。为了开发更高性能的嵌入式系统,并行计算成为提高嵌入式系统的计算速度和可靠程度的有效手段。本文首先深入的研究了GRLIB IP库的体系结构,开发流程和LEON3处理器的特点,GRLIB IP库是一套符合GPL标准的免费、开源、可重复使用的IP软核库。GRLIB IP库具有高度的可配置性、可扩展性、可移植性和兼容性;其次本文分析了eCos操作系统的体系结构,eCos是一种开放源代码软件,完全免费,无版权限制嵌入式可配置实时操作系统。它支持对称多处理器(SMP)系统,在上面这些分析的基础上,本文的主要工作如下:(1)通过对GRLIB IP库和eCos操作系统的研究分析,提出了嵌入式多核平台的硬件层和软件层设计方案,并设计了嵌入式多核平台的开发流程。利用多核平台提高嵌入式系统的性能。(2)设计了针对嵌入式多核平台特点的并行算法,对Cannon矩阵乘法,快速傅立叶算法,一维离散小波变换进行并行化,并在嵌入式多核平台下进行测试。利用多线程机制提高多核平台的使用性能。(3)设计了基于LEON3处理器和DSP的多核异构结构,并对实现的技术难点进行了讨论。最后在上述研究和设计的基础之上,在Vertix2pro和Vertix4两块开发板上,分别实现基于LEON3处理器的双核和四核平台,通过对并行算法在实际的多核平台上进行测试,得到测试结果数据,验证了基于LEON3处理器的嵌入式多核平台的正确性。
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