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《浙江大学》 2008年
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面向特定应用的MPSoC设计流程平台研究

黄凯  
【摘要】: 随着嵌入式应用的快速发展,多处理器系统芯片(MPSoC)设计日趋复杂。如何高效可靠的设计多处理器系统芯片逐渐成为集成电路设计的一个巨大挑战。本文研究工作从MPSoC设计出发,对其相关技术研究领域进行探索,提出构建了一套面向特定应用的、从应用到物理实现完整的MPSoC设计流程平台,并通过音视频编解码应用对其予以验证。本文MPSoC设计流程平台研究工作主要分成以下四个方面逐步展开: (一) CKSoC平台及其粗粒度系统芯片集成开发设计流程。 本文首先研究并构建了以CKCore处理器为核心的CKSoC平台及其粗粒度任务划分设计流程。CKSoC平台是一个基于CKCore和AMBA总线的底层硬件设计集成开发平台,它有效利用SPIRIT标准搭建IP库,使得平台不仅兼容各方IP,而且支持其它SoC EDA开发工具,促使平台数据交换更为标准通用化。该流程平台可以对特定应用进行粗略的人工任务划分,通过配置可重用的CKSoC平台快速生成相应硬件平台,在底层FPGA原型上完成软硬件协同仿真。通过H.264帧内编码器和OGG解码播放器两个应用深入介绍了该系统芯片设计开发流程平台应用实现,从软硬件划分和异构双核SoC设计两个方面验证了该流程平台的实用性和有效性。 (二)基于Simulink的MPSoC系统级设计流程。 为满足面向细粒度、高复杂度和高性能的MPSoC设计需求,我们在CKSoC平台基础上,扩充提出并构建了基于Simulink的MPSoC系统级设计流程平台。该流程采用Simulink对应用的软件算法和硬件体系结构进行混和建模,并通过三个高抽象层对软硬件进行不断细化和性能评估,引导任务划分和软硬件映射,实现软硬件体系结构探索。在从Simulink模型到RTL实现的细化过程中,流程提出并采用了四个算法和体系架构混和模型(CAAM):Simulink CAAM、虚拟体系架构CAAM、传输精确体系架构CAAM和虚拟原型CAAM。 (三)基于Simulink的MPSoC系统级设计平台及其多处理器模型。 基于该流程的软硬件平台通过兼容ARM、XTENSA和CKCore等多种处理器以及GFIFO、HWFIFO和DMS等通信架构,有效提高流程平台的灵活可配性,并确保MPSoC体系结构设计空间的可扩展性。该设计平台还包含了一些面向存储和通信优化的技术:通过细化探索处理器间通信架构和优化多线程通信通道来提高系统通信效率和减少通信负载;通过对多线程软件的调度优化和硬件存储架构的配置优化来提高存储器效率和减少存储器面积功耗;通过系统有效的性能分析来实现准确的性能评估,从而为体系结构探索提供支持。在基于Simulink的MPSoC设计流程平台基础上,本文还提出了一种多处理器软硬件原型,将MPSoC的处理器及其通信统一建模于一个多层次的软硬件原型中。多处理器原型作为可重用的处理器架构原型,具备灵活可配的软硬件架构和接口,可根据应用的需求和软硬件协同仿真结果,相应调节多处理器原型的软硬件架构,从而实现系统最佳性能。 (四)通过视频解码应用来验证本文MPSoC系统级设计流程平台。 面向Motion-JPEG的MPSoC设计实验验证了基于Simulink的MPSoC设计流程多层建模和逐步细化功能的可行性,并通过多种不同的处理器和互连通信机制来进一步验证该流程平台的通用、灵活和高效性。面向H.264基本档次解码应用的MPSoC设计实验通过从粗粒度到细粒度的不同任务划分策略,基于多处理器模型逐步优化MPSOC系统性能;通过多线程代码优化,进一步验证了流程平台中多线程代码优化技术的有效性;通过基于FPGA和SMIC工艺分别实现了多处理器原型,验证了流程平台的物理可实现性。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TN47

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 赵鹏;多处理器SoC应用映射关键技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 胡新安;支持动态任务调度的多核分布式操作系统设计[D];哈尔滨工业大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 熊志辉,李思昆,陈吉华,王海力,边计年;一种基于层次平台的SoC系统设计方法[J];电子学报;2004年11期
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3 王海力;边计年;吴强;熊志辉;;SoC系统级设计方法与技术[J];计算机辅助设计与图形学学报;2006年11期
4 杨建;阳晔;严晓浪;葛海通;;片上双核通信机制的设计与应用[J];微电子学;2007年01期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 朱伯立;杨树兴;常皓;;一种改进反坦克导弹高原适应性的非线性控制方法[J];北京理工大学学报;2007年03期
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4 段文龙;彭杰钢;;基于Matlab/Simulink的弹丸外弹道6自由度运动仿真[J];重庆工学院学报(自然科学版);2009年04期
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6 邹继斌;江善林;张洪亮;;一种新型的无位置传感器无刷直流电机转子位置检测方法[J];电工技术学报;2009年04期
7 黄志武;单勇腾;年晓红;刘心昊;李艺;;基于自适应观测器的感应电机无速度传感器DTC系统的仿真[J];电气传动;2007年04期
8 郭嘉强;喻寿益;贺建军;高金生;桂卫华;;异步电机直接转矩控制系统分段启动方法[J];电气传动;2009年02期
9 汤仁彪;基于Simulink的三相异步电动机制动特性仿真[J];大众科技;2005年11期
10 孟建熠;丁永林;严晓浪;葛海通;;一种RTL级数据通路ODC低功耗优化算法[J];电子学报;2010年07期
中国重要会议论文全文数据库 前4条
1 朱光华;;水资源供需平衡应用Matlab/Simulink建模仿真的研究[A];福建省第十一届水利水电青年学术交流会论文集[C];2007年
2 李霏霞;曾声奎;马纪明;田华东;;AMESim与Simulink联合仿真在舵机可靠性研究中的应用[A];'2008系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2008年
3 刘吉波;王亚东;;铝酸钠溶液分解分解过程中的浓度求解[A];第九届全国计算(机)化学学术会议论文摘要集[C];2007年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陆雯青;基于多类型运算单元的动态可重构基带处理架构与电路设计方法研究[D];复旦大学;2011年
2 张超;蓝牙个域网改型及芯片化实现技术研究[D];西安电子科技大学;2011年
3 毛建中;菱形车悬架系统优化设计与动力学分析[D];湖南大学;2009年
4 秦娜;原生污水的紊流特性及其热泵系统的研究[D];天津大学;2010年
5 丁文武;集成电路产业公共服务体系建设研究[D];天津大学;2011年
6 王磊;海上风电机组系统动力学建模及仿真分析研究[D];重庆大学;2011年
7 孔吉;关联多任务MPSoC数据系统关键技术研究[D];上海交通大学;2012年
8 宁芊;机电一体化产品虚拟样机协同建模与仿真技术研究[D];四川大学;2006年
9 杨建;面向音视频解码的SoC平台设计[D];浙江大学;2006年
10 阳晔;面向嵌入式处理器的代码压缩研究[D];浙江大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 邵建桥;液压混合动力汽车能量再生系统特性仿真研究[D];山东科技大学;2010年
2 于振涛;矿用液压支架搬运车辆结构设计与液压驱动系统性能研究[D];山东科技大学;2010年
3 肖亮亮;基于虚轴法的多轴同步运动控制系统设计[D];浙江理工大学;2010年
4 王楠;胶囊机器人转弯动力学特性研究[D];大连理工大学;2010年
5 孙文君;汽车油气弹簧特性仿真研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
6 李薛;汽油机瞬态工况空燃比控制策略仿真研究[D];长沙理工大学;2010年
7 徐钧;基于1630六辊平整机多软件协同仿真的研究[D];华东理工大学;2011年
8 马宗雄;抓斗起升系统动力学仿真[D];武汉科技大学;2010年
9 箭庆辉;H.264帧内快速预测算法研究及应用[D];浙江大学;2011年
10 张少锋;无源雷达系统建模与仿真[D];西安电子科技大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郭晓东,陈定君,刘积仁,余克清,王永峰;基于模拟的嵌入式系统开发环境[J];东北大学学报;1999年03期
2 马凤翔,孙义和;SoC原型验证技术的研究[J];电子技术应用;2005年03期
3 熊志辉,李思昆,陈吉华,王海力,边计年;一种基于层次平台的SoC系统设计方法[J];电子学报;2004年11期
4 兰盛昌;孙蕊;邬树楠;王继河;徐国栋;;基于SoC的“微型核”星载电子系统设计[J];哈尔滨工业大学学报;2008年07期
5 郭晓东,刘积仁,余克清,王永峰,陈定君;嵌入式系统虚拟开发环境的设计与实现[J];计算机研究与发展;2000年04期
6 钟求喜,谢涛,陈火旺;基于遗传算法的任务分配与调度[J];计算机研究与发展;2000年10期
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8 章立生,韩承德;SoC芯片设计方法及标准化[J];计算机研究与发展;2002年01期
9 陈岚,唐志敏;单片系统(SoC)设计技术[J];计算机研究与发展;2002年01期
10 程国达,彭澄廉;约束驱动与松弛时间消除相结合的硬/软件划分算法[J];计算机研究与发展;2003年06期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 钟涛;基于SystemC的集成电路设计方法研究[D];电子科技大学;2003年
2 程作仁;基于平台的SoC系统综合技术研究[D];合肥工业大学;2006年
3 吴佳骏;多核多线程处理器上任务调度技术研究[D];中国科学院研究生院(计算技术研究所);2006年
4 杜高明;MPSoC-NoC多核体系结构及原型芯片实现技术研究[D];合肥工业大学;2007年
5 张庆利;多核SoC中的片上网络关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 徐明;面向SoC的软硬件划分系统的研究与实现[D];国防科学技术大学;2003年
2 张伟;基于层次平台的SoC事务级模板建模方法研究[D];国防科学技术大学;2005年
3 黄振宝;面向嵌入式异构多核体系的软硬件协同任务调度方法[D];浙江大学;2007年
4 林瞬婷;面向多处理器核SOC的软硬件协同验证平台研究[D];浙江大学;2007年
5 陈桂茸;基于SUIF2的C程序循环特征分析技术研究与实现[D];国防科学技术大学;2006年
6 李军克;基于FPGA的SoC/IP验证平台的设计与实现[D];哈尔滨工业大学;2006年
7 郑臻炜;NoC片上分布式通用操作系统设计[D];浙江大学;2008年
8 冯宏伟;基于多性能指标评价的SoC软硬件划分方法研究[D];哈尔滨理工大学;2008年
【二级引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 孔吉;关联多任务MPSoC数据系统关键技术研究[D];上海交通大学;2012年
2 臧佳;基于MPSoC的空间光学CCD遥感相机控制系统研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 刘金伟;方林波;黄樟钦;侯义斌;;基于SystemC的SoC系统级设计方法[J];佳木斯大学学报(自然科学版);2006年03期
3 王泉;史维峰;田泽;;一种基于SystemC的系统级软硬件协同设计新模型[J];电子技术应用;2009年08期
4 许汉荆;陈杰;刘建;敖天勇;奚杰;;SystemC建模在多核处理器设计中的应用[J];国外电子测量技术;2009年06期
5 张艳;胡桂;;SOC设计中的核心技术[J];微计算机信息;2007年29期
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8 罗娟;曹阳;;蓝牙链路管理的系统级SOC设计方法[J];华中科技大学学报(自然科学版);2006年08期
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10 杨雅;施敏华;杨蓉;周华;;某高性能星载计算机软硬件的协同设计[J];上海航天;2009年01期
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2 罗娟;曹阳;李德识;;基于模式的SOC设计方法研究[A];2004年全国通信软件学术会议论文集[C];2004年
3 冯良;冀晓鹏;白文乐;;基于DSP Builder的ADPCM系统设计研究[A];2009通信理论与技术新发展——第十四届全国青年通信学术会议论文集[C];2009年
4 周凯;施蕾;;软硬件协同设计卫星产品的应用初探[A];全国第十二届空间及运动体控制技术学术会议论文集[C];2006年
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9 刘高鹏;张根保;任显林;;面向制造的防错设计研究[A];第三届中国质量学术论坛论文集[C];2008年
10 高丰;刘鹏;姚庆栋;;基于系统集成芯片的RTOS的软硬件划分算法的研究[A];第十届全国信号处理学术年会(CCSP-2001)论文集[C];2001年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 魏少军;软硬件协同设计[N];中国电子报;2002年
2 风河系统公司资深副总裁 Vincent Rerolle;解决软硬件协同设计[N];中国电子报;2010年
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4 本报记者 穆强;北京华虹NEC软件研发添引擎[N];中国电子报;2002年
5 牟兰;欧特克变革传统设计流程 Revit产品全面升级[N];建筑时报;2007年
6 记者 白茂槐 通讯员 亓伟娜 晋学群;中冶东方设计流程管理系统上线[N];中国冶金报;2007年
7 本报记者 赵海军;丁未:设计就是要超前[N];中国计算机报;2010年
8 宋丁仪 DigiTimes;台积电推45纳米工艺设计流程8.0版[N];电子资讯时报;2007年
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10 王丽娟;无线SOC设计 90及65纳米需求攀升[N];电子资讯时报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 黄凯;面向特定应用的MPSoC设计流程平台研究[D];浙江大学;2008年
2 王大伟;SoC软硬件协同设计中的高层映射技术研究[D];国防科学技术大学;2009年
3 陈燕;基于UML的嵌入式系统系统级设计方法研究[D];复旦大学;2005年
4 栾静;模型驱动的系统级软硬件协同设计若干关键技术研究[D];华东师范大学;2006年
5 汪斌;音频编解码算法及软硬件协同设计研究[D];浙江大学;2004年
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8 高丰;基于SOC的实时操作系统的研究[D];浙江大学;2002年
9 彭艺频;面向多媒体应用的软硬件划分方法研究[D];东南大学;2005年
10 李勇;异步数据触发微处理器体系结构关键技术研究与实现[D];国防科学技术大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 罗钢;SOPC技术在雷达目标识别系统设计中的应用[D];国防科学技术大学;2004年
2 琚贇;SoC系统级设计中对操作系统的支持技术的研究[D];华北电力大学(北京);2006年
3 郑刚;基于多目标优化的SoC软硬件划分技术研究[D];武汉大学;2004年
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5 陈华宏;64位高性能微处器系统功能验证方法的研究与实现[D];国防科学技术大学;2005年
6 程煊;基于CDM模型的0-1规划软硬件划分方法的研究[D];华东师范大学;2006年
7 邓婷;基于UML和SystemC的软硬件协同设计研究[D];武汉理工大学;2007年
8 柴红刚;基于SoPC的光纤通道控制器的设计及FC-2层实现[D];华中科技大学;2007年
9 徐海涛;基于SOPC的软硬件划分算法研究[D];哈尔滨理工大学;2009年
10 王燕;基于OpenRISC的音频解码器软硬件协同设计[D];浙江大学;2007年
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