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基于SOPC的多核处理器互连技术的研究

作　者: 王瑜
导　师: 何宾
学　校: 北京化工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: SOPC 多核处理器 MicroBlaze 互连 核间通信
分类号: TP332
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 50次
引　用: 2次
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内容摘要


随着对嵌入式应用要求的不断提高,单核处理器在复杂功能实现上出现了不足与局限性,多核技术的发展也越来越受到人们的关注。SOPC通常是指在单个芯片上通过编程实现的数字计算系统,硬件上在单一芯片内包含一个或多个微处理器、基于总线的体系结构、针对具体应用的外设、输入输出接口等资源；软件上包含嵌入式实时操作系统和应用软件,用一个芯片构成整个系统。应用SOPC设计的系统具有体积小、功耗低、可靠性好等优点。基于FPGA的SOPC的设计性能,无论从集成度、速度、功耗和价格等方面已完全能够和ASIC相媲美了,而其一次性投资低和设计周期短却是ASIC无法比拟的。而如今对于嵌入式系统的架构也开始转向多处理器的协同工作,对于多处理器的架构,多处理器如何互连,如何实现多处理器的SOPC是人们关注的问题。本文在Xilinx ISE Design Suite 13.1的EDK开发平台下,提出了一种将32位的微处理器软核MicroBlaze做为处理器模块,实现了一个基于FPGA的多核处理器的SOPC实现方法。主要工作如下：1、设计了一种新的多核处理器互连的解决方案,分别采用PLB总线和FSL总线将三个MicroBlaze软核互连起来,设计出一个基于SOPC的嵌入式多核处理器系统。2、在研究完MicroBlaze软核的基础上,研究PLB总线、LMB总线和FSL总线的用法后,在Xilinx平台工作室XPS中利用BSB向导搭建了片上多核处理器系统,并对各个硬件元素做了恰当的配置。3、在Xilinx SDK平台下,开发设计了软件应用程序,采用共享内存实现核间的数据共享,利用EDK自带的IP核XPS_Mailbox和XPS_Mutex实现了处理器核间的通信与同步,利用FSL总线实现了处理器核间的点对点的快速通信。4、对系统的架构方法进行了说明,并对系统进行了调试,结果表明该系统的功能和性能达到设计要求,该处理器互连方案可行实用,核间通信速度得到提高,且具有灵活性好、吞吐量高的优点,提升了系统的整体性能。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-13
第一章 绪论  13-21
  1.1 本课题的研究背景及意义  13-14
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  14-19
    1.2.1 片上多核体系结构概述  14-18
    1.2.2 片上多核处理器的发展趋势  18-19
  1.3 论文研究内容和组织结构  19-21
    1.3.1 论文研究内容  19-20
    1.3.2 论文结构安排  20-21
第二章 片上多核处理器介绍  21-29
  2.1 SOPC技术  21-23
    2.1.1 SOPC的方案  21-22
    2.1.2 SOPC中IP核的使用  22-23
  2.2 多核处理器的互连方式  23-26
  2.3 Xilinx MicroBlaze软处理器核  26-28
    2.3.1 MicroBlaze处理器简述  26
    2.3.2 MicroBlaze的体系结构和总线接口  26-27
    2.3.3 基于MicroBlaze的开发  27-28
  2.4 本章小结  28-29
第三章 片上多核处理器互连的设计与实现  29-57
  3.1 多核处理器系统的开发平台  29-33
    3.1.1 Spartan-3E开发板  29-30
    3.1.2 开发工具EDK及其文件管理架构  30-31
    3.1.3 基于EDK的开发流程  31-33
  3.2 多核处理器系统的总体设计  33-40
    3.2.1 系统总线  33-38
    3.2.2 多核处理器互连方案的设计  38-39
    3.2.3 多核处理器系统的总体架构设计  39-40
  3.3 多核处理器系统硬件平台的设计与实现  40-47
    3.3.1 硬件平台的搭建  40-44
    3.3.2 硬件平台的用户界面及其目录结构  44-47
  3.4 多核处理器系统软件平台的设计与实现  47-55
    3.4.1 软件平台的开发与设计  47-49
    3.4.2 核间通信与同步  49-55
  3.5 本章小结  55-57
第四章 多核处理器系统的调试与分析  57-65
  4.1 系统的调试工具  57-58
    4.1.1 调试接口和跟踪接口  57
    4.1.2 GNU调试工具  57-58
    4.1.3 在线调试工具XMD  58
  4.2 系统的调试  58-64
    4.2.1 系统的调试步骤  58-60
    4.2.2 系统的调试结果及分析  60-64
  4.3 本章小结  64-65
第五章 总结与展望  65-67
  5.1 工作总结  65
  5.2 展望  65-67
参考文献  67-71
附录  71-73
致谢  73-75
研究成果及发表的学术论文  75-77
作者与导师简介  77-79
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  79-80

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 电子数字计算机（不连续作用电子计算机） > 运算器和控制器（CPU）
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