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一种PC架构32位SOC系统结构的研究与设计

作　者: 秦泰
导　师: 马中
学　校: 中国舰船研究院
专　业: 计算机系统结构
关键词: PC架构 x86 SOC AMBA
分类号: TP303
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 25次
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内容摘要

经过数十年的发展,PC架构已经形成了一个功能完备、性能强大的复杂体系,并且在全世界的桌面计算机市场占有了绝大部分市场,并且其性能和应用范围也在不断扩展。我国的军工和科研领域传统上更是大量使用各种档次的x86处理器。因此无论是从技术发展的角度还是国家技术安全的角度,实现自主知识产权的兼容x86架构的计算机系统都是意义重大的。上世纪90年代伴随IC设计技术和制造工艺发展而出现的SOC技术,降低了IC设计的门槛,进一步提高了IC的集成度和可靠性。SOC技术为实现自主知识产权x86兼容的计算机系统提供了一条捷径,因此基于x86处理器的SOC的系统架构的研究成为了一个重要的课题。本文深入研究了PC架构的内容和要求,对传统PC架构计算机的组织结构和具体实现进行了分析,在此基础上结合SOC技术和通用片上总线技术,提出了一种兼容PC架构并具有良好的IP复用性的SOC系统结构,该系统结构的设计以x86处理器为核心、以AMBA片上总线为基本互连体系,综合考虑了总线带宽,PC架构兼容性,IP设计复用性等多个方面要求,对SOC的互连、子系统的划分、软硬件多层次实现PC架构兼容性等方面的内容进行详细的研究和设计。在系统结构整体设计的同时,本文还针对所用x86处理器软核提出了一种优化指令执行流程的方法和一种片内兼容传统PCI设备的机制,增强了SOC的性能和兼容性。最后,在自主设计的验证平台上进行了SOC功能的基本测试和验证。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第1章绪论  10-17
  1.1 引言  10
  1.2 国内外的研究现状  10-14
    1.2.1 国外研究现状  10-13
    1.2.2 国内研究现状  13-14
  1.3 本课题的研究内容  14-16
    1.3.1 本课题的来源  14
    1.3.2 本课题研究背景和意义  14-15
    1.3.3 本课题的主要研究内容  15-16
  1.4 本文的组织结构  16-17
第2章 PC 架构SOC 系统结构相关的技术研究  17-26
  2.1 SOC 技术简介  17-18
  2.2 SOC 系统结构  18
  2.3 片上总线技术  18-20
    2.3.1 片上总线技术的特点  18-19
    2.3.2 AMBA 总线  19-20
  2.4 PC 架构简介  20-22
  2.5 IA-32 指令集体系  22-25
    2.5.1 操作模式  22-24
    2.5.2 指令的微程序实现  24-25
  2.6 本章小结  25-26
第3章 PC 架构SOC 系统结构设计  26-41
  3.1 应用分析  26
  3.2 整体结构  26-28
  3.3 LRSOC32 的互连体系  28-33
    3.3.1 MCS 组成与互连  28-29
    3.3.2 MPS 组成与互连  29-31
    3.3.3 EPS 组成与互连  31-33
  3.4 LRSOC32 对PC 架构的兼容设计  33-40
    3.4.1 各模块的兼容性设计  34-39
    3.4.2 BIOS 的兼容性设计  39-40
  3.5 本章小结  40-41
第4章 LRSOC32 中处理器的系统结构  41-52
  4.1 处理器的整体结构  41-43
  4.2 处理器指令系统  43
  4.3 处理器的微体系结构  43-46
    4.3.1 微指令格式  43-44
    4.3.2 微程序控制器  44-45
    4.3.3 微堆栈  45-46
  4.4 流水线结构  46-48
    4.4.1 指令流水与微指令流水并行结构  46-47
    4.4.2 对指令执行流程的优化  47-48
  4.5 浮点运算单元  48-49
  4.6 存储结构和 Cache 组织  49-51
  4.7 本章小结  51-52
第5章 LRSOC32 的外设实现与功能验证  52-64
  5.1 LRSOC32 的 IP 实现  52-59
    5.1.1 内存控制器  52-53
    5.1.2 可编程定时/计数器  53
    5.1.3 中断控制器  53-54
    5.1.4 VGA 控制器  54-55
    5.1.5 AHB-PCI 总线控制器  55-56
    5.1.6 XAB 总线桥  56-57
    5.1.7 以太网模块  57
    5.1.8 UART 控制器  57-58
    5.1.9 其它外设  58-59
  5.2 LRSOC32 的实现与功能验证  59-63
    5.2.1 验证板设计  59-60
    5.2.2 验证与调试工具  60-61
    5.2.3 功能测试  61-63
    5.2.4 PCI 总线测试  63
  5.3 本章小结  63-64
第6章结束语  64-66
  6.1 工作总结  64
  6.2 进一步工作的方向  64-66
致谢  66-67
参考文献  67-69
发表的论文及科研情况  69-70
详细摘要  70-75

一种PC架构32位SOC系统结构的研究与设计

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