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基于应用的片上网络设计与性能评估

作 者: 王祺
导 师: 吴宁
学 校: 南京航空航天大学
专 业: 电路与系统
关键词: 片上网络 OCP接口 H.264解码 网络建模 网络仿真 性能评估
分类号: TN47
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 26次
引 用: 3次
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内容摘要


随着微电子技术的不断发展,片上系统(System-on-Chip,SoC)成为超大规模集成电路设计的主流,单个芯片上将集成成百甚至上千个IP核。SoC中所包含IP核数目的不断增多,使得以总线结构为通信基础的SoC技术面临着在性能、功耗、面积、系统可靠性和可扩展性等方面的巨大挑战。片上网络(Network-on-Chip,NoC)被公认为是片上系统IP核互连通信的有效解决方案,是SoC发展的必然趋势。论文在对片上网络关键技术研究的基础之上,着重研究面向特定应用的片上网络设计。课题完成了片上网络高层次建模,从体系结构出发,研究片上网络设计参数的改变以及不同应用任务对片上网络性能的影响,主要包括网络负载、数据通信模式、拓扑结构、交换方式四个方面。为了更精确的研究片上网络性能,进一步设计了4x4 mesh拓扑结构的RTL级片上网络与仿真验证平台,其网络接口服从开放式核协议(Open Core Protocol,OCP),提高网络的通用性。使用synopsys EDA工具完成对所设计片上网络的仿真验证和逻辑综合,通过延时、面积和功耗三项指标来分析网络性能。最后以H.264解码为实际应用,对应用进行并行性划分,映射到已设计的片上网络中,并对其功能进行验证,完成设计仿真与综合,着重给出芯片面积和功耗两项性能指标的分析结果。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
第一章 绪论  11-17
  1.1 课题背景与研究意义  11-13
  1.2 国内外研究现状  13-14
    1.2.1 国际研究现状  13-14
    1.2.2 国内研究现状  14
  1.3 研究目标与研究内容  14-16
    1.3.1 研究目标  14-15
    1.3.2 基于应用的片上网络设计方法  15-16
    1.3.3 研究内容  16
  1.4 论文章节安排  16-17
第二章 片上网络设计关键技术研究  17-26
  2.1 通信协议  17-18
  2.2 关键组件  18-19
    2.2.1 资源节点  18
    2.2.2 路由单元  18-19
    2.2.3 网络适配单元  19
  2.3 拓扑结构  19-21
  2.4 路由算法  21-23
  2.5 交换机制  23-24
    2.5.1 虚跨步交换  23
    2.5.2 虫孔交换  23-24
  2.6 虚拟通道  24-25
  2.7 任务映射  25-26
第三章 基于OPNET 的片上网络高层次建模  26-34
  3.1 高层次的片上网络模型  26-29
    3.1.1 资源节点与网络适配单元的建模  27
    3.1.2 路由单元建模  27-29
    3.1.3 定义数据包格式  29
  3.2 通信任务建模  29-30
    3.2.1 通信负载  29-30
    3.2.2 通信模式  30
  3.3 性能分析指标  30-31
  3.4 网络仿真与性能分析  31-34
    3.4.1 仿真环境设置  31
    3.4.2 拓扑结构对网络性能的影响  31-32
    3.4.3 交换方式对网络性能的影响  32
    3.4.4 通信模式对网络性能的影响  32-34
第四章 RTL 级片上网络设计  34-58
  4.1 片上网络设计总体方案  34-35
  4.2 片上网络中各子模块设计  35-38
    4.2.1 资源节点设计  35-36
    4.2.2 适配单元设计  36-37
    4.2.3 路由单元设计  37-38
  4.3 OCP 接口设计  38-44
    4.3.1 OCP 协议概述  39-40
    4.3.2 OCP 协议信号  40-41
    4.3.3 典型OCP 接口时序  41-43
    4.3.3 OCP 接口的状态机实现  43-44
  4.4 仿真与功能验证  44-49
    4.4.1 片上网络的验证方案  44-46
    4.4.2 片上网络的功能验证  46-49
  4.5 性能评估  49-58
    4.5.1 性能指标  49-50
    4.5.2 性能评估结果  50-58
第五章 面向H.264 解码应用的片上网络设计  58-76
  5.1 应用选择  58-60
    5.1.1 视频压缩标准的发展  58-59
    5.1.2 H.264 的特性  59
    5.1.3 H.264 标准的档次  59-60
  5.2 H.264 解码流程与任务划分  60-62
    5.2.1 H.264 解码流程  60-61
    5.2.2 H.264 解码任务并行性划分  61-62
  5.3 H.264 解码各子模块设计与实现  62-70
    5.3.1 熵解码子模块设计  62-66
    5.3.2 IQIT 模块设计  66-69
    5.3.3 帧内预测模块设计  69-70
  5.4 任务映射与功能验证  70-73
    5.4.1 任务映射  70-71
    5.4.2 基于NoC 的H.264 解码器功能验证  71-73
  5.5 性能评估结果  73-76
    5.5.1 面积消耗  73-74
    5.5.2 功耗消耗  74-76
总结与展望  76-77
参考文献  77-80
致谢  80-81
在学期间的研究成果及发表的学术论文  81

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 微电子学、集成电路(IC) > 大规模集成电路、超大规模集成电路
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