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YHFT-Matrix DSP中DMA设计实现与存储二维扩展

作　者: 宁希
导　师: 陈书明
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 数字信号处理器 DMA 二维存储多通道滑窗
分类号: TP368.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

当前,高性能通用DSP逐渐向向量多核方向发展,其中存储部件是制约其高性能执行的重要因素。本文以无线通信、视频、图像处理等实时应用为背景,以国防科技大学自主研制的高性能通用DSP YHFT-Matrix为依托,从以下几个方面对向量存储系统进行了研究和设计。首先,为满足DSP片内存储数据搬移的需求,本文深入分析了该芯片的体系结构与存储结构,根据应用特点,设计了一款灵活支持矩阵搬移的多通道多总线DMA控制器。其次,在图像、视频应用中广泛存在滑窗类算法,传统的一维存储以及DMA机制在向量DSP中映射时,存在数据组织困难、数据重用率低等问题。本文提出了一种存储二维化改进方案,在原有的一维存储系统基础上,扩展了一块容量为256KB 1D/2D可配置的二维存储模块,并设计了相应的访存指令。最后,为了配合存储二维扩展方案,本文通过增加具有二维访问功能的DMA专用通道,支持二维存储与片外存储之间的数据传输;并在一维存储与二维存储之间增加512位位宽的Intra-DMA,从而充分发挥1D、2D存储器的整体性能,提高存储系统利用率。本文对DMA控制器、二维存储器进行了充分的模拟验证,针对YHFT-Matrix DSP的主要应用对存储系统做了性能评估,并给出各个部件的综合结果与性能评价。DMA控制器VM总线实测带宽为15.6Gbps,能够满足应用对其传输效率与配置灵活性的需求;二维存储系统对图像、视频中的滑窗类应用性能提升较为明显,其中SAD、Gauss Filter算法的加速比分别达到了3.0和1.6,SAD、Gauss Filter和Median Filter算法平均节省42.5%的存储访问开销和52.8%的存储空间。在DC综合环境65nm工艺下,DMA最高工作频率可达800MHz,面积为362,480um2,功耗20.29mW;二维存储器最高工作频率达1GHz,面积为1,974,306um2,其中控制电路面积只占总面积的5.47%,功耗103.62mW。

YHFT-Matrix DSP中DMA设计实现与存储二维扩展

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