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《国防科学技术大学》 2005年
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一种超长指令字同时多线程处理器的设计与分析

贺荣华  
【摘要】:数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)是一种用于数字信号处理的嵌入式专用微处理器,它拥有极其强大的数值运算能力,广泛应用通信、军事、控制、家电等各个领域。指令级并行技术是有效提高处理器性能的手段,由于高性能、低功耗和实时性的要求,大多数高性能DSP都采用了超长指令字(VLIW)结构。同时多线程(Simultaneous Multithreading,SMT)技术能将线程级并行性转换成指令级并行性,明显地提高指令并行度。将SMT技术融入多发射DSP处理器,能进一步提高其性能。 YHFT-D4是一款高性能32位定点DSP,采用超长指令字结构,最多可以同时发射8条32位并行指令。本文根据我所在课题组提出的多操作分离发射(Multi-Op Splitting Issue,MOSI)微体系结构,对YHFT—D4进行改进,设计实现了一种全新的双线程SMT处理器YHFT—DSP/SMT00。 本文对YHFT—D4的取指部件进行了改进,使取指带宽由两个线程以不同的优先级竞争。两线程中的主线程始终优先取指,当主线程不能取指时才切换到从线程。同时在取指单元中设计实现了分支缓冲,来保证分支及分支延时槽内的指令能正确进入流水线。 通过对YHFT—D4的指令派发部件进行改进,本文实现了有限的动态指令调度,即执行包分离发射机制。执行包的分离发射使指令的调度顺序与编译器预计的不同,因而可能导致错误的执行结果。为了保证程序执行的正确性,设计实现了结果写回缓冲,指令的执行结果经过该缓冲的排序后再写回到寄存器文件。 同时多线程技术能有效提高处理器的吞吐量和功能单元的利用率,本文采用了一组测试程序对YHFT—DSP/SMT00的性能进行了评测,结果表明,IPC值平均提高了24.65%,功能单元的利用率平均提高了31.38%。 本文完成了YHFT—DSP/SMT00的RTL级代码编写,并对其进行了模拟验证。基于Atisn的0.18μm标准单元库,使用Design Compiler综合工具对YHFT-DSP/SMT00进行了综合和优化,综合后的关键路径比YHFT—D4增加了1.2%,内核面积增加了30.32%,芯片面积增加了8.86%。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TP332

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