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《西北工业大学》 2002年
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高性能数字信号处理器的研究与设计

李涛  
【摘要】: 本文结合九五国防预研课题背景,进行DSP处理器芯片核的设计研究。芯片核(Core)是已经完成了设计和验证的硅电路模块,可以用它在半导体芯片上构造更大更复杂的应用。本论文研究的前期任务是,以德州仪器TMS320C25数字信号处理器为目标,研制指令与时序完全与之兼容的数字信号处理器芯片核NDSP25。论文采用自顶向下的正向设计方法,完成了NDSP25芯片核微体系结构设计,全部电路实现与可测性设计工作。论文研究的后期任务是对超标量DSP处理器进行研究。C25数字信号处理器为十几年前的产品,为提高DSP芯片核的性能,论文提出了具有针对DSP应用特点的超标量DSP处理器微体系结构,实现了超标量流水线调度单元,为高性能DSP处理器的设计实现奠定了基础。国内目前还没有相关的同类研究工作的报道。 主要的研究与设计工作包括: 1) 利用高层次设计技术,采用自顶向下(Top Down)的正向设计方法,完成了具有自主版权的NDSP25数字信号处理芯片核的微体系结构及其电路设计,完成了基于FPGA实现的系统验证。其中,提出了流水线控制单元的优化设计,将控制状态机的状态数目从85个减少到23个,节省了电路面积,提高了速度。 2) C25中尚未实现可测性设计,根据自主独立设计的NDSP25芯片核的测试目标,提出了可测性设计方案,完成了测试电路设计。使用一个2165指令字长度的指令测试集,在付出了不到3%的面积代价的情况下,达到了89.34%的故障覆盖率。 3) 对超标量微体系结构进行了深入的研究,在设计空间理论的指导下,提出了超标量DSP处理器的指令发射策略:采用寄存器重命名方式、动态转移预测控制、滑动指令窗口顺序发射的结构。采用该指令发射策略,有效的解决了操作数伪相关问题,提高了指令发射率,减少了控制相关的影响。 4) 基于NDSP25数字信号处理器指令集,提出了超标量DSP处理器微体系结构SDSP,与标量结构的DSP处理器相比,总体性能加速比达到接近3倍的程度。 5) 论文针对在超标量DSP处理器中,如何有效减少由于控制相关而导致的性能损失进行了研究,提出了一种改进的转移目标缓冲器BTB结构,每周期能够进行多条转移指令的预测,同时获得86.5%的转移预测准确率。 本论文的研究工作主要结合九五国防预研课题“军用MPU、MCU技术”、“系统行为级IC CAD及建库技术”的研究来进行。高性能数字信号处理器的 摘要 研究成果,有助于加快我国研制具有自主版权的数字信号处理器芯片的进程, 为武器电子系统的核心芯片国产化打下基础,具有重要的应用前景。
【学位授予单位】:西北工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TN911

【引证文献】
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1 张琨;兼容TMS320C54xDSP数据通路设计[D];西北工业大学;2006年
2 陈华新;基于24位定点DSP的并行乘法器的设计[D];沈阳工业大学;2006年
3 刘卫华;16位数字信号处理器IP核的开发[D];哈尔滨工业大学;2007年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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1 胡永华;深亚微米理论及IP核设计技术的研究[D];合肥工业大学;2001年
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3 李丽;集成电路设计方法及IP设计技术的研究[D];合肥工业大学;2002年
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5 严伟;面向电机控制数字信号处理器设计和测试研究[D];上海大学;2004年
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7 徐海东;后向散射超声无损测温设备关键技术的研究与实现[D];清华大学;2004年
8 杨云志;SAR数据压缩技术基本模型及其实现研究[D];电子科技大学;2006年
9 俞健;基于进化计算的神经网络设计方法[D];浙江大学;1998年
10 禹东赫;声控激光打孔技术研究[D];天津大学;2007年
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1 李大禹;基于PCI总线的声呐信号模拟器[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 闫君;基于FPGA的实时数据采集与处理系统[D];中国海洋大学;2010年
3 单飞;PC机系统资源侦测软件的开发[D];苏州大学;2010年
4 李汉青;一种天文图像的光纤传输系统的研究[D];昆明理工大学;2010年
5 郑志国;基于MPC8540处理器的高性能雷达显控终端研制[D];电子科技大学;2010年
6 李国振;短波信号源与多路并行接收平台设计与实现[D];解放军信息工程大学;2009年
7 吴佳杰;基于压电驱动的多自由度微操纵平台及其测控技术的研究[D];浙江大学;2011年
8 张国伟;基于CompactPCI总线的多功能串行通信接口设计[D];电子科技大学;2011年
9 张长营;基于FPGA和PCI的数字复分接设计[D];电子科技大学;2011年
10 冀磊;多通道数据采集系统的设计与实现[D];西安电子科技大学;2011年
【同被引文献】
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6 徐锋,邵丙铣;16×16位高速低功耗并行乘法器的实现[J];微电子学;2003年01期
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1 郑伟;多媒体应用的高性能数字信号处理器功能部件结构设计研究[D];浙江大学;2003年
2 李侠;低功耗嵌入式微处理器的VLSI设计研究[D];复旦大学;2004年
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1 范靖;DSP处理器数据通路设计[D];西北工业大学;2001年
2 周庆超;跳扩频通信系统基带设计[D];南京理工大学;2002年
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4 荆元利;DSP处理器系统结构研究[D];西北工业大学;2002年
5 周昔平;高速数字电路的微系统结构研究[D];西北工业大学;2002年
6 王新刚;多线程处理器存储结构研究[D];西北工业大学;2004年
7 何伟;设计高性能浮点加法器[D];合肥工业大学;2004年
8 刘志碧;16位高性能嵌入式数字信号处理器的研究与设计[D];湖南大学;2003年
9 黎宝峰;嵌入式DSP处理器的设计与验证[D];湖南大学;2003年
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【二级引证文献】
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1 应继宏;张盛兵;;基于DSP处理器的加法器的设计[J];微电子学与计算机;2007年12期
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1 刘卫华;16位数字信号处理器IP核的开发[D];哈尔滨工业大学;2007年
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6 侯方勇,戴葵,肖晓强,王苏峰;Pentium4处理器微体系结构分析[J];微机发展;2003年02期
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6 胡农达;王达伟;耿亮;曹政;安学军;孙凝晖;;曙光6000集合通信网络的设计[A];第十五届计算机工程与工艺年会暨第一届微处理器技术论坛论文集(A辑)[C];2011年
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1 李涛;高性能数字信号处理器的研究与设计[D];西北工业大学;2002年
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