面向多核架构的浮点协处理器设计技术研究.pdf

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1、面向多核架构的浮点协处理器设计技术研究Researchonfloating—pointcoprocessorbased—onMultiprocessorsarchitecture2011年3月合肥工业大学木论文经答辩委员会全体委员审查,确认符合合肥工业大学烦七学位论文质量要求。答辩委员会签名:(工作单位、职称)主席:李东生解放军电子工程学院教授委员:杜少武令肥工业大学70q肥工业大学)’’焉妇匆√I教授副教授导师:高明伦合肥工业大学教授独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,

2、除了文中特别加以标志和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得合肥工业大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签字:态确掀签字日期:沙11年午月q日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解合肥工业大学有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅或借阅。本人授权合11尸,-r业大学可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索,可以采用

3、影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文者签名:虐砌科∑导师签名:签字日期:卫I\年年月q日学位论文作者毕业后去向:工作单位:通讯地址:签字日期:四1年年月1日电话:邮编:面向多核架构的浮点协处理器设计技术研究摘要相对单处理器系统而言,多核系统芯片具有低功耗、高并行度等优势,从而保证了芯片性能的持续增长。但是随着系统设计规模持续增长,仿真验证会出现效率低和精度小等问题,需要效率更高、精度更好的建模方式;此外,现有的多核SoC中使用的通用处理器大都在软件控制方面有优势,对一些实时

4、性、高密度计算类应用而言,存在一定局限性。因此,本文在已有多核体系结构的基础上,研究基于C语言的系统级设计方法及高性能浮点协处理器设计技术,研究面向多核架构的浮点协处理器软硬件协同验证方法。本文的主要工作与贡献如下:l、为了加快验证的效率和提高仿真精度,实现结果比较和验证,本文建立了基于C语言的浮点协处理器存储精确型模型,并完成浮点协处理器系统级仿真测试。实验结果表明系统级仿真模型提高了约九百倍的仿真速度,仿真结果可以精确到六位有效数字。2、使用“ARM处理器+协处理器"的运算结构,完成一款高性能浮点协处理器及其指令集设计:针对

5、高精度浮点运算需要,完成定制功能浮点指令的指令集设计,给出具有通用性功能的浮点指令;设置批处理运算模式以加速向量类运算,该模式针对同种类型运算的全流水操作,大大提高了运算效率。实验结果表明浮点协处理器在FPGA平台上最大工作频率为200Mhz,计算结果可以五位有效数字。3、提出一种便于多核并行化软件编程的单指令多数据流协处理器运算单元结构,可并行处理复数的实部和虚部;可实现DMA数据搬运、浮点数据运算与定点数据运算并发执行。实验结果表明多核系统的加速比为3.35。关键词:多核系统芯片;浮点协处理器;片上网络;系统级模型;软硬件协

6、同Researchonfloating—pointcoprocessorbased-onMultiprocessorsarchitectureABSTRACTMultiprocessor-System—On-Chip(MPSoC)hashugeadvantageinimprovingthesystemparallelismagainstthesingle‘processorsystem·However.asthescaleofmulti.coredesignincreases,ithassomebottleneckproblem

7、ssuchastheverificationefficiencyandprecision·Inaddition,generalprocessorsareexpertincomplicatedcontrolandhavelimitationsinhighercomputingapplicationsinmulti·coresystems·ThispaperfocusesonthesvsternmodelingtechnologyofMPSoCandthedesignofahighperformancefloating—pointc

8、oprocessor·Themaincontributionisasfollows:Firstly,amemoryaccuratesystem.1evelmodelbasedonClanguageisdesignedtoacceleratetheverifica

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