多核可重配置处理器的设计与研究

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1、上海交通大学硕士学位论文多核可重配置处理器的设计与研究姓名：宋佳申请学位级别：硕士专业：电路与系统指导教师：徐国治20061201摘要多核可重配置处理器的设计与研究摘要实时电路重构，就是在电子系统的工作状态下，动态改变电路的结构。在可重构系统中，硬件信息也可以像软件程序一样被动态调用或修改。这样既保留了硬件计算的性能，又兼具软件的灵活性。高性能的处理器架构正在朝着单芯片多处理器发展。与单处理器设计相比，这样的设计有提供更高性能的潜能。并行处理不仅可以改善性能，而且还可以通过更好地反映系统行为和开发资源的自然分割来简化设计。在本文中我们通过可重配置处理器和多核处理器两者的结合，提出一种全新的混

2、合设计架构：基于PowerPC的多核可重配置处理器。此系统通过改变协处理器间的数据通路，可以重配置成高-低速总线模式、全对称模式、非对称模式、数学计算模式、高可靠性冗余模式等不同的总线模式，从而适应网络服务、多用户操作、网络数据加/解密、实时视频数据压缩等各种不同应用。我们同时针对多核可重配置处理器不同层次的实现方案进行了研究。通过C++多线程编程进行了软件多处理器的自组织模拟；通过HDL的硬件模块设计，进行了ModelSim下的可重配置多核处理器的仿真；提出了在XilinxML310开发板上基于FPGA的多核可重配置处理器的硬件实现方案。关键词：多核，可重配置，处理器，现场可编程门阵列-I

3、-AbstractRESEARCHONRECONFIGURABLEMULTI-COREPROCESSORABSTRACTMulti-coresystemandreconfigurableprocessoraretwoofthehottestresearchareasincomputerarchitecture.TheintroductionofRun-TimeReconfigurationfurtherimprovedFPGAs’flexibilityandincreasedefficiency.Reconfigurableprocessorhasthepotentialforsignifi

4、cantperformanceimprovementsbyprovidingsupportforapplication−specificoperations.Andnowwearealsogoingtowardsamulti-coreerawherehigh-performanceprocessorarchitecturesfeaturemultipleprocessingcoresonasinglechip.Thesedesignshavethepotentialtoprovidehigherpeakthroughput，easierdesignscalability，andgreater

5、performance/powerratiosthanmonolithicdesigns.Inthispaper，wepresentonenovelmixinterconnectionarchitecturewhichcombinespowerfulcomputationcompatibilitybyparallelizationandtheflexibilityofreconfigurableprocessor，i.e.aPowerPCbasedmulti-corearchitecturewithconfigurabledatapath.Sucharchitectureprovidesfl

6、exibilityfordifferentapplicationthreads.Accordingtothespecificapplicationsofeachthread，thesystemwithdynamicaldata-pathcanallocatesystemresourcefordifferentcores，suchasthecachememory，mathco-processor，multimediaaccelerators.Bytheoptimizationofthedatapathontotalpowerconsumptionandprogramruntime，onecan

7、makefulluseofprocessorresources.Wealsoexploitsomemethodsonthesoftwaresimulationofreconfigurablemulti-coreprocessorinC++andHDLlanguage.WegiveoutthesolutionoftheimplementationofthePowerPCbasedmulti-corearchit